Revista Geológica de América Central, 26: 91-96, 2002
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA Y ANÁLISIS ESTABILIDAD
DE TALUDES DEL MACIZO ROCOSO CORIS, CARTAGO, COSTA RICA
Maureen Carrillo, Lepolt Linkimer, Albán Rodríguez & Héctor Zúñiga
Escuela Centroamericana de Geología,
Apdo. 2-14, 2060 Universidad de Costa Rica
INTRODUCCIÓN factor de reducción por esfuerzos (SRF). El valor
numérico del índice Q se obtiene a partir de la
El método Rock Mass Rainting (RMR) para siguiente ecuación: 
la clasificación de macizos rocosos fue desarrolla-
do por Bieniawski (1972). Este método permite, de Q = (RQD/Jn) * (Jr/Ja) * (Jw/SRF).
forma sencilla, estimar la calidad del macizo
rocoso, mediante la cuantificación de parámetros Este artículo involucra el estudio de las
de fácil medición, los cuales se establecen en el propiedades físicas y mecánicas más relevantes
campo de manera rápida y con costos económicos del macizo rocoso de la Formación Coris,
mínimos. El método RMR incluye los siguientes expuesto en la mina, propiedad de la empresa
parámetros: resistencia a la compresión uniaxial de Sílice de Costa Rica S.A. (SICORSA). La mina
la roca, Rock Quality Designation (RQD), espaci- se localiza a 250 metros al NE del poblado de
amiento de discontinuidades, condición de las dis- Coris, provincia de Cartago, en las coordenadas
continuidades, condición del agua subterránea y 205,9N y 537,7W, de la hoja topográfica Istarú,
orientación de las discontinuidades. escala 1:50 000 del Instituto Geográfico
Con el valor del RMR es posible estable- Nacional (Fig. 1)
cer algunas propiedades geotécnicas prelim-
inares del macizo, para analizar la estabilidad del
talud del frente de explotación actual. GEOLOGÍA REGIONAL
El sistema Q, fue propuesto por Barton et
al. (1974), basándose en una gran cantidad de En la región de Coris afloran rocas
casos tipo de estabilidad en excavaciones subter- pertenecientes a tres unidades estratigráficas
ráneas, siendo su principal propósito establecer diferentes, las cuales representan los últimos
un índice para determinar la calidad del macizo estadíos de la evolución de la cuenca del Valle
rocoso en túneles. El sistema Q incluye parámet- Central. Las principales características de estas
ros como el índice de calidad de la roca (RQD), formaciones geológicas son las siguientes:
número de sistemas de fisuras (Jn), rugosidad de
las fisuras (Jr), alteración de las fisuras (Ja), fac- Formación San Miguel: Corresponde
tor de reducción por agua en las fisuras (Jw), y el con al menos 200 m de calcarenitas de grano
92 REVISTA GEOLÓGICA DE  AMÉRICA CENTRAL
GEOLOGÍA LOCAL
El macizo rocoso en estudio está constitu-
ido por areniscas cuarzosas de la Formación
Coris, de color crema y café, con un tamaño de
grano fino a medio, bien sorteadas y compuestas
esencialmente de cuarzo. Estas rocas poseen muy
poca matriz, la cual está compuesta principal-
mente de cuarzo de grano fino, arcillas y óxidos
de hierro. También presenta minerales como
magnetita y goethita causantes de la oxidación de
la superficie y de las bandas de óxidos de hierro
de color rojizo y lila. Los granos son subangu-
lares a subredondeados, con contacto longitudi-
nal y puntual y con cemento silíceo. La roca no
presenta estructuras sedimentarias definidas, ni
fósiles, aunque ocasionalmente presenta algunas
huellas de bioturbación, con estructuras rellenas
del mismo sedimento (SICORSA, 1999).
500 m
CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
Fig. 1: Ubicación del sitio de estudio. De acuerdo con la clasificación y
propiedades índice de las rocas, el macizo rocoso
medio y calizas bioclásticas, asociadas con una estudiado posee una textura clástica, con cemen-
sedimentación marina somera, con leve o sin to débil. A continuación se describen las princi-
influencia volcánica (Badilla et al., 1999). Su pales características del macizo rocoso, de acuer-
edad es Mioceno Medio (Carballo, 1978). do con la clasificación RMR (Bieniawski, 1972)
y con el sistema Q (Barton et al., 1974).
Formación Coris: Consiste de sedimentos
del Mioceno Inferior terminal al Mioceno Rock Mass Raiting (RMR)
Superior (Fischer & Franco, 1979), principal-
mente areniscas cuarzosas, areniscas volcaniclásti-
Resistencia a la compresión uniaxial de la roca
cas, lodolitas y horizontes de carbón, relacionadas
con un ambiente marino somero o de barras Se realizó un ensayo de comprensión uni-
arenosas, que fue acompañado de eventos volcáni- axial a cuatro muestras de roca recolectadas en el
cos y de fuerte erosión (Badilla et al., 1999). macizo rocoso. El valor promedio para el mater-
ial arenoso es de 7,7 MPa, lo que corresponde
Formación Aguacate: Incluye brechas con una roca de mala calidad y con una valo-
volcaniclásticas en variedad de granulometría, ración de 2.
tobas, lavas y rocas hipoabisales, relacionadas
con la actividad volcánica que prevalece a partir
del Mioceno Superior terminal (Badilla et al., Indice de Calidad de la Roca, RQD
1999). La unidad inferior, denominada El RQD se ha estimado midiendo la canti-
Formación La Cruz, incluye coladas de basalto y dad de discontinuidades en 1 m2 del talud. Su
leucobasalto, con tobas intercaladas de colores valor fue determinado usando la fórmula empíri-
rojos y violáceos (Denyer & Arias, 1991). ca propuesta por Bieniawsky (1989):
CARRILLO et al.: Clasificación geomecánica del macizo rocoso Coris 93
RQD = 115 – 3,3(Jv) Condición de las discontinuidades
En donde:
Jv = número de discontinuidades en 1 m
2 El cuadro 2, contiene las características de
RQD = 115 – 3,3 (28) los sistemas de diaclasas observados.
RQD = 22,6.
De acuerdo con la clasificación de Deere Condiciones del agua subterránea
(1964), la calidad de la roca se considera muy
mala (<25%) y su valoración es de 5. El macizo rocoso se presenta totalmente
seco, por lo tanto su valoración es de 10, según la
Espaciamiento de las discontinuidades clasificación propuesta por Deere en 1964.
Se midieron tres sistemas de discon-
tinuidades (denominados 1, 2 y 3) que corre- Clasificación del macizo rocoso, RMR
sponden únicamente con diaclasas. El rumbo y
espaciamiento de las discontinuidades se La valoración total del macizo rocoso es
resumen en el cuadro 1. de 40 y se desglosa en el cuadro 3. Este valor cor-
responde con un macizo rocoso de categoría IV,
La valoración del espaciamiento entre las es decir, de mala calidad, puede considerarse un
discontinuidades es de 9, considerando el sistema 3 tiempo medio de sostén de 5 horas para un trecho
como el más desfavorable para la estabilidad del de 15 metros (en túneles), cohesión de 100 a 200
talud (ya que se presenta cada 30 cm en el macizo). kPa y un ángulo de fricción de 15° a 25°.
Cuadro 1
Sistemas de discontinuidades en el macizo rocoso
Sistema Rumbo Dirección de buzamiento Ángulo de buzamiento Espaciamiento de discont. (m)
1 N55°W N35°E 52° 1,63
2 N53°E S37°E 82° 1,45
3 N59°W S31°W 68° 0.30
Cuadro 2
Características de las discontinuidades del macizo rocoso
Parámetro Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Valoración
Long. discont (m) 3–10 3–10 3–10 2
Apertura (mm) > 5 > 5 > 5 0
Rugosidad Suave Leve Leve 1
Relleno Ninguno Ninguno Ninguno 6
Meteorización Leve Leve Leve 5
TOTAL 14
94 REVISTA GEOLÓGICA DE  AMÉRICA CENTRAL
Cuadro 3 El sistema Q
Valoración total del macizo rocoso Índice de calidad de la roca (RQD)
Resistencia a la compresión uniaxial de la roca 2
RQD 5 Como se mencionó anteriormente, el
Espaciamiento de las discontinuidades 9 macizo rocoso posee un RQD de 22,6.
Longitud de las discontinuidades 2
Apertura 0
Rugosidad 1 Número de sistemas de fisuras(Jn)
Relleno 6
Meteorización 5 Se midieron tres sistemas de discon-
Condiciones del agua subterránea 10 tinuidades, que corresponden únicamente con
diaclasas. Esto representa una valoración de 9.
TOTAL (RMR) 40
Orientación de las discontinuidades Rugosidad de las fisuras (Jr)
El cuadro 2 muestra las características de
El rumbo del talud es S70°E, inclinado
las discontinuidades observadas en el macizo
hacia el SW. En vista de esto, el sistema 1, no es
rocoso. En el caso más crítico, la rugosidad es
desfavorable para la estabilidad del talud, ya que
suave, lo que corresponde con una valoración de 2.
su buzamiento es hacia el NE (dirección con-
traria al talud). Sin embargo, los sistemas 2 y 3, Alteración de las fisuras (J )
se consideran desfavorables, debido a que buzan a
hacia el SE y SW, respectivamente. Las fisuras se caracterizan por presentar
El ajuste por la orientación de las fisuras, partículas arenosas, roca desintegrada, exenta de
se hace considerando que ambos sistemas son arcilla. Esto corresponde con una valoración de 4.
medianamente desfavorables (–25) o desfavor-
ables (–50), de manera que en cada caso, debe Factor de reducción por agua en las fisuras (Jw)
sustraerse a la valoración total del RMR, una
cantidad de 25 y 50 respectivamente, como se Como se mencionó anteriormente, el
muestra en el cuadro 4. macizo rocoso se presenta totalmente seco, por lo
De esta manera, el RMR, caracterizaría un tanto su valoración es de 1.
macizo rocoso de categoría V, el cual posee las
siguientes características: Factor de reducción por esfuerzos (SRF)
A) se considera muy malo. La valoración de este factor es de 2.5, ya
B) tiene un tiempo medio de sostén de 10 min- que el macizo rocoso se caracteriza por presentar
utos para un trecho de 0,5 m (en túneles). zonas de debilidad aisladas con arcilla o roca
C) posee una cohesión < 100 kPa y ángulo de químicamente desintegrada (profundidad de
fricción < 15°. excavación mayor a 50 m).
Cuadro 4
Ajuste de la valoración por orientación de las fisuras
Condición de la orientación de las fisuras Ajuste en la valoración Valor del RMR RMR ajustado
Medianamente desfavorable -25 40 15
Desfavorable -50 40 -10
CARRILLO et al.: Clasificación geomecánica del macizo rocoso Coris 95
Valor de Q
Sustituyendo los valores: RQD = 22,6; Jn
= 9; Jr = 2; Ja = 4; Jw = 1 y SRF = 2,5; se obtiene
un valor de Q de:
Q = (RQD/Jn) * (Jr/Ja) * (Jw/SRF)
Q = (22,6/9)*(2/4)*(1/2,5)
Q = 0,50
En 1976, Bieniawski propone una
ecuación que se correlaciona el valor de Q con el
valor teórico que se obtendría utilizando el sis-
tema RMR. De esta forma se tiene que RMR = 9
ln (Q) + 44, obteniéndose un valor de RMR =
37,76, y luego de aplicar los ajustes por ori-
entación de las discontinuidades, el valor final de
RMR oscilaría entre 12,76 y – 12,24, correspon-
diendo este resultado con un macizo de categoría
Fig. 2:  Perfil del sitio de Mina SICORSA, mostrando la posi-
V cuyas características ya han sido mencionadas. ble superficie de ruptura por el método simplificado de
Bishop.
ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD
lo tanto, es posible diseñar taludes de mayor
Para el análisis de la estabilidad del talud altura sin que ocurra un colapso del talud.
en el frente de mina, se utilizó el programa de Realizando varias pruebas, se determinó que el
cómputo PC–Slope V 6,0 para ambiente DOS. talud vertical es estable hasta una altura de 15
Las propiedades mecánicas de la roca necesarias metros, con un factor de seguridad de 1,3, valor
para el modelo, se asumen de las propuestas por mínimo establecido para estabilidad en tajos.
el método RMR para un macizo de categoría V.
El análisis se realizó asumiendo las sigu-
ientes condiciones: CONCLUSIONES
- Una superficie de ruptura circular, con- El macizo rocoso estudiado se clasifica
siderando que la interacción de los tres como de muy mala calidad, con un RMR < 20,
sistemas de discontinuidades induce un un RQD de 23 y un Q de 0,5. La orientación de
comportamiento homogéneo al macizo. los sistemas de discontinuidades y su ángulo de
Se excluye la posibilidad de una superficie buzamiento, se consideran como las característi-
de ruptura a lo largo de algún plano de dis- cas más desfavorables que posee este macizo
continuidad. rocoso en particular.
- Un talud vertical, con una altura inicial de El caso más crítico de estabilidad será
7 metros. cuando el talud de explotación se oriente parale-
- Un nivel freático no aflorante. lo a alguno de los sistemas de diaclasas, con lo
- Ausencia de aceleraciones inducidas por cual, existe la posibilidad de deslizamiento a lo
actividad sísmica. largo de las discontinuidades. En la mina
propiedad de SICORSA, la orientación del frente
Un talud con las condiciones propuestas norte de explotación es de S70°E, con incli-
posee un factor de seguridad de 2,2 (Fig. 2). Por nación al SW. Es por esta razón que los sistemas
96 REVISTA GEOLÓGICA DE  AMÉRICA CENTRAL
denominados 2 y 3, se consideran como medi- BARTON, N., LIEN, R. & LUNDE, J., 1974: Engineering
anamente desfavorables o desfavorables, ya que classification of rock masses for the design of tunnel
se inclinan al S37°E y al S31°W. support. - Rock Mechanics, 6: 189-236.
El frente de explotación actual, con una CARBALLO, M., 1978: La Formación San Miguel, Mioceno
altura de 7 m, tiene un factor de seguridad de 2,2. Inferior, Costa Rica.  - 114 págs. Univ. de Costa
De acuerdo con el análisis realizado, el talud es Rica, San José [Tesis Lic.].
estable hasta una altura de 15 m, alcanzando un
factor de seguridad de 1,3. DENYER, P. & ARIAS, O., 1991: Estratigrafía de la región
central de Costa Rica. - Rev. Geol. América Central,
12: 1-59.
REFERENCIAS FISCHER, R. & FRANCO, J., 1979: La Formación Coris
(Mioceno, Valle Central, Costa Rica). - Inf. Semestr.
BADILLA, E., LINKIMER, L. & ZÚÑIGA, H., 1999: IGN, 1: 15-72.
Geología de Navarro y alrededores, provincia de
Cartago, Costa Rica. - 100 págs. Univ. de Costa Rica SICORSA, 1999: Informe técnico de labores.  - 43 págs.
[Inf. Campaña Geológica]. Bermejo, Cartago, Costa Rica [Inf. interno].