Introducción
En el ámbito de la geotecnia y la ingeniería civil, la caracterización precisa de las discontinuidades en las rocas es fundamental para garantizar la estabilidad y seguridad de estructuras como túneles, excavaciones, cimentaciones y taludes. Las discontinuidades, definidas como planos de debilidad en las rocas, pueden afectar significativamente la resistencia, la deformabilidad y el comportamiento general del macizo rochoso. Entre las herramientas más utilizadas para evaluar las discontinuidades se encuentra el peine de Barton, también conocido como índice de discontinuidad de Barton (JRC). Este dispositivo portátil permite determinar de manera rápida y sencilla la rugosidad y el contacto de las discontinuidades, proporcionando información valiosa para su clasificación y caracterización.
Principio de Funcionamiento
El peine de Barton se basa en el principio de comparación entre la rugosidad de la superficie de la discontinuidad y los dientes del peine. El dispositivo consta de una serie de dientes de diferentes alturas y espaciamientos, calibrados de acuerdo con la escala JRC propuesta por Barton (1974). La escala JRC clasifica las discontinuidades en cinco categorías principales:
JRC 0: Discontinuidades planas y lisas, sin contacto entre las paredes.
JRC 1: Discontinuidades ligeramente rugosas, con contacto puntual entre las paredes.
JRC 2: Discontinuidades onduladas, con contacto parcial entre las paredes.
JRC 3: Discontinuidades rugosas, con contacto continuo entre las paredes.
JRC 4: Discontinuidades muy rugosas, con contacto intertrabado entre las paredes.
Procedimiento de Ensayo
La realización de un ensayo con peine de Barton implica seguir una serie de pasos meticulosos para garantizar la precisión y confiabilidad de los resultados:
Limpieza de la superficie: La superficie de la discontinuidad a ensayar debe estar limpia y libre de polvo, suciedad o residuos que puedan afectar la medición.
Posicionamiento del peine: El peine de Barton debe posicionarse perpendicularmente a la dirección de la discontinuidad, asegurando un contacto firme y estable entre los dientes y la superficie rocosa.
Selección del diente: Se selecciona el diente del peine que mejor se ajuste a la rugosidad de la superficie de la discontinuidad.
Registro del valor JRC: El valor JRC correspondiente al diente seleccionado se registra en la hoja de datos del ensayo.
Repetición de mediciones: Se recomienda realizar un mínimo de 5 mediciones en diferentes puntos a lo largo de la discontinuidad para obtener un valor promedio representativo.
Interpretación de Resultados
El valor JRC obtenido con el peine de Barton se utiliza para clasificar la rugosidad y el contacto de la discontinuidad, proporcionando información valiosa sobre su potencial de deslizamiento y conductividad hidráulica. Este valor se emplea en conjunto con otros parámetros geomecánicos, como la apertura, la orientación y la frecuencia de las discontinuidades, para realizar una caracterización completa del macizo rochoso.
Aplicaciones del Peine de Barton
Las aplicaciones del peine de Barton en el ámbito de la geotecnia y la ingeniería civil son diversas, incluyendo:
Clasificación de discontinuidades: El peine de Barton permite clasificar las discontinuidades de acuerdo con la escala JRC, proporcionando una base para su caracterización y análisis.
Estimación del potencial de deslizamiento: El valor JRC se utiliza para estimar el potencial de deslizamiento de las discontinuidades, lo cual es fundamental para el diseño de estructuras en macizos rochosos.
Evaluación de la conductividad hidráulica: El valor JRC también se emplea para evaluar la conductividad hidráulica de las discontinuidades, lo cual es relevante para el análisis de flujo de agua en el macizo rochoso.
Selección de parámetros de diseño: La información obtenida con el peine de Barton se utiliza para seleccionar parámetros de diseño adecuados para estructuras en macizos rochosos, como la longitud de anclaje, la presión de soporte y el espaciamiento de los pernos de roca.
Ventajas y Limitaciones del Peine de Barton
Ventajas:
Ensayo no destructivo: El peine de Barton no causa daños a la superficie de la discontinuidad, permitiendo realizar múltiples mediciones en el mismo punto sin afectar la integridad del macizo rochoso.
Portabilidad y facilidad de uso: El peine de Barton es un dispositivo portátil y liviano, facilitando su transporte y uso en campo. Su operación es relativamente sencilla y no requiere de personal altamente calificado.
Rapidez y eficiencia: La realización de un ensayo con peine de Barton es un proceso rápido y eficiente, permitiendo obtener un gran número de mediciones en un corto período de tiempo.
Versatilidad: El peine de Barton puede utilizarse para evaluar una amplia variedad de tipos de discontinuidades en rocas de diferentes características.
Costo accesible: El peine de Barton es un dispositivo relativamente económico en comparación con otros métodos de evaluación de la rugosidad de las discontinuidades.
Limitaciones:
Influencia de la orientación: La orientación de la discontinuidad con respecto a la dirección de medición puede afectar el valor JRC obtenido.
Presencia de alteraciones: La presencia de alteraciones superficiales, como oxidación o intemperismo, puede afectar la precisión de la medición.
Subjetividad en la interpretación: La interpretación del valor JRC puede ser subjetiva en algunos casos, dependiendo de la experiencia del operador.
Necesidad de calibración: El peine de Barton debe calibrarse periódicamente con superficies de referencia de rugosidad conocida para garantizar la precisión de las mediciones.
Conclusión
El peine de Barton es una herramienta valiosa para la evaluación rápida y sencilla de la rugosidad y el contacto de las discontinuidades en las rocas. Su portabilidad, facilidad de uso, rapidez y costo accesible lo convierten en un dispositivo ampliamente utilizado en la práctica geotécnica. Sin embargo, es importante ser consciente de las limitaciones del método y utilizarlo en conjunto con otros métodos de evaluación de las discontinuidades para obtener una caracterización completa y precisa del macizo rochoso.
Recomendaciones para Futuros Estudios:
Se recomienda realizar investigaciones adicionales para mejorar la precisión del peine de Barton, considerando la influencia de la orientación de la discontinuidad y la presencia de alteraciones superficiales. Además, se sugiere desarrollar modelos numéricos que consideren la rugosidad de la discontinuidad en el análisis de la estabilidad de taludes y otras estructuras en macizos rochosos.
Referencias:
Barton, N. R. (1974). A review of the strength of jointed and laminated rocks. Norwegian Geotechnical Institute, Publication, 126, 1-56.
ISRM. Suggested Methods for Determining the Strength of Discontinuities in Rock. International Society for Rock Mechanics.
Nickles, M. (2015). Essentials of Rock Mechanics for Engineers. CRC Press.
Priest, S. D., & Barton, N. R. (1983). The shear strength of rock joints: A review. Journal of Structural Geology, 5(3), 221-256.
