4 estudios e investigaciones para diseño de tuneles

11

HÉCTOR SALAZAR BONILLAHÉCTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.

DiseñoDiseño y y CálculoCálculo EstructuralEstructural de de TúnelesTúneles

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS, ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS, HIDROGEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA HIDROGEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA

DISEÑO DE TÚNELES DISEÑO DE TÚNELES

22

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA DISEÑO DE TÚNELESY GEOTÉCNICAS PARA DISEÑO DE TÚNELES

• INTRODUCCIÓN• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES

GEOLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES

GEOTÉCNICAS• ANÁLISIS GEOTÉCNICOS• DISEÑOS GEOTÉCNICOS• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

33

• INTRODUCCIÓN– Para todo tipo de obras en roca o suelo como

túneles, presas, taludes, etc., la calidad y detallede los estudios, investigaciones e informacióngeológica, hidrogeológica y geotécnicadisponible permite la realización de un diseñoapropiado, una selección optima de la tecnologíade construcción, un proceso constructivo conmenor riesgo e incertidumbre y una obra de mejorcalidad en un menor plazo y con un menor costo.

– Las inversiones en estudios e investigacionestienen una rentabilidad mayor a 10 veces.


44



GEOTÉCNICAS• ANÁLISIS GEOTÉCNICOS• DISEÑOS GEOTÉCNICOS• ANÁLISIS GEOTÉCNICOS EN COLOMBIA• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


55

• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS– Planeación de actividades– Recopilación y análisis de información previa– Fotointerpretación geológica

• Fotografías satelitales• Fotografías aéreas

– Cartografía geológica, hidrogeológica y geotécnica• Tipo de roca, estratigrafia, litología, textura, tamaño, forma de granos,

minerales principales, estructura, composición, tipo de plegamiento,escala y simetría, meteorización, dureza, RQD, discontinuidades,numero y distribución, orientación, tipo , persistencia, espaciamiento,forma, rugosidad, relleno, presencia y cantidad de agua, etc.

– Análisis de discontinuidades– Interpretación geológica y generación de un DGTM modelo digital

del terreno en escalas 1:10.000 para prefactibilidad y factibilidadhasta 1:1.000 o menor para diseño definitivo.


66


Imagen Satelital Imagen Satelital Sector Bogotá Sector Bogotá –– ArmeniaArmenia(Túnel la Línea, 8.6 km, 2500 msnm)(Túnel la Línea, 8.6 km, 2500 msnm)

•Bogotá

•Girardot

•Ibague

•Nevado del Tolima

•Calarca

•Pereira

•Armenia

Ubicación de diferentes Ubicación de diferentes alternativas de Talternativas de Túnelúnel La La LíneaLínea

•Portal Galicia

•Portal Bermellón

•Portal Santo Domingo

•Portal Anaime

•A.T.F

•Portal Las Américas

•Portal La Paloma

Portal inferior Portal inferior –– SANTO DOMINGOSANTO DOMINGO

•Alternativa sitio de

plataforma

•Alternativa sitio de portal

•CALARCÁ

•ARMENIA

Portal superior Portal superior -- ANAIMEANAIME

•Alternativa sitio de

plataforma

•Alternativa sitio de portal

•CAJAMARCA

•Puente actual

1111

• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS– FOTOGEOLOGÍA – ESTRUCTURA GEOLÓGICA

• Capas de diferente resistencia a la meteorización producen crestas yvalles los cuales pueden detectarse con el estereoscopio

• Los lineamientos debidos a la estratificación se caracterizan por supersistencia, paralelismo con otros, espaciamiento definido

• Los afloramientos de capas horizontales siguen aproximadamente laslíneas de nivel y los de capas con buzamientos producen formascaracterísticas al cruzar colinas y valles

• Los buzamientos de taludes pueden ser aparentes y dar una buenaindicación de la dirección del buzamiento y permitir su estimación

• Cuando existe plegamiento, la variación de buzamiento a lo largo delafloramiento de las capas puede evidenciar el trazado del pliege ypermitir una estimación de su inmersión

• Las fallas pueden aparecer como lineamientos meteorizados opueden resaltar si se presentan diques resistentes. A diferencia de lasdiaclasas, se caracterizan por presentar un desplazamiento relativode las rocas situadas a ambos lados


1212

• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS– FOTOGEOLOGÍA – LITOLOGÍA

• Los diferentes tipos de terreno tienden a mostrar diferencias porejemplo en relieve, red de fracturación y vegetación que puedereconocerse en la fotografía aérea

• Los sedimentos y metasedimentos presentan una aparienciaestratificada, indicada por diferencias en tono, relieve y vegetación

• El metamorfismo agrupa las capas de forma más uniforme en suresistencia a la erosión, fuerte buzamiento, plegamiento apretado

• Los afloramientos de caliza, arenisca, cuarzoesquistos y cuarcitastienen tendencia a tonos claros. Las rocas arcillosas, lutitas, pizarrasy esquistos micaceos dan tonos intermedios y las anfibolitas dantonos oscuros

• Las rocas ácidas presentan tonos claros y tienden a fracturarseregularmente, mientras que las rocas básicas son oscuras y no esprobable que esten fracturadas en forma regular

• Los depósitos superficiales pueden ser transportados o residuales.Los transportados reflejan su modo de transporte. Los residualesreflejan la geología infrayacente

– FOTOGEOLOGÍA - GEOMORFOLOGÍA


1313

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA MECANICA DE ROCASGEOTÉCNICAS PARA MECANICA DE ROCAS

1515


1818


1919

– Cartografía geológica, hidrogeológica ygeotécnica• Tipo de roca, estratigrafia, litología,

textura, tamaño, forma de granos,minerales principales, estructura,composición, tipo de plegamiento, escalay simetría, meteorización, dureza, RQD,discontinuidades, numero y distribución,orientación, tipo , persistencia,espaciamiento, forma, rugosidad, relleno,presencia y cantidad de agua, etc.


2020


2121

Coordenadas/Altura: Fecha:Foto Nr. ORIENTACION, ESCALA Elabora:

DESCRIPCION DE LA ROCA 1

Nombre de la rocaFORM ACIÓN (/Gr.), UNIDADES PRESENTES, COLOR

Textura:TAM AÑO, FORM A y ARREGLO de GRANOS

M inerales principales: TAM AÑO, FORM A

Estructura:CUERPOS DE ROCA DIFERENCIABLES PORTEXTURA, COM POSICIONTIPO DE PLEGAM IENTO: escala, simetría

M A C IZ O A lt eración / D urez a: R QD :R OC OSO M et eor ización:

R EGIST R O D E D ISC ON T IN U ID A D ES 1

Número de juegos y dist ribución:

No. Tipo Persis Esp/ to Forma Rugos Apert Durez AguaOrden Az. bz/to m m JRC mm JCS (l/min)de la diaclasa

Orientación RellenoEstado de paredes

2222

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA TÚNELES VIALESGEOTÉCNICAS PARA TÚNELES VIALES

DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADOR COORDENADAS, ALTURA

Hoja de Documentación de Ingeniería Geológica y Clasificación de los Macizos Rocosos

FECHA ELABORADO

Formación: Nombre de la Roca

RCI (M pa) FOTOS NO: Dibujo (esquemático ) Escala no def inida

M ETEORIZACION

ninguna poca moderada alta completa suelo residual

DUREZA DEL ROCA

extr. fuerte muy fuerte fuerte moderada blanda muy blanda extr. Blanda

SUELO COHESIVO

muy suave suave f irme rigido muy rigido duro

INFLUENCIA DE AGUA SUBTERRANEA

seco solo humedo mojado goteando f ilt rando corriendo (l/sec)

TIPO ORIENTACION RUGOSIDAD PERSISTENCIA (m) ESPACIAM . (cm) RELLEN. NO. DE (Angulo Dir./Buz)

S U P r s sl

JUNT

Foto Foto

T ipo R ugo sidad Espac iamientoFalla F ESCALON S rugoso r extr. cercano < 2 cmJunta J liso s muy cercano 6 - 2 cmEspejo Sl pulido sl cercano 20 - 6 cmFractura Fr ONDULADO U rugoso r moderado 60 - 20 cmEsquistocidad Sc liso s ancho 200 - 60 cmPlano de foliación B pulido sl muy ancho > 200 cm

Foliación Fl PLANO P rugoso rCorte Sh liso sPliege Fo pulido sl P ro piedades Lito lógicas y C o mpo rtamiento de las R o cas

P ersis tencia T ipo del R e lleno F recuencia de F racturasmuy baja <1m arcilla : cl muy malo >15baja 1 - 3 m M n/Fe-mineralizaciones : mfm malo 15 - 8media 3 - 10 m relleno milonitico : fg moderado 8 - 5alta 10 - 20 m brecha milonitica : fb bueno 5 - 1

muy alta > 20 m cementado y ot ros : co excelente < 1

CARACTERISTICAS DE JUNTAS

ORIENTACION DE LA PARED INVESTIGADA

2323

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DISCONTINUIDADES


2424


2525


2626


2727

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DISCONTINUIDADES CON ELPROGRAMA DIPS


2828


2929


3030


3131


3232

• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS– ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS

• Disponibilidad de información como mapas hidrogeológicos ypublicaciones

• Condiciones generales: acuiferos, áreas con flujo artesiano,movimiento del agua subterránea, química del agua,permeabilidad y límite entre agua salobre y agua potable.

• Niveles piezométricos, coeficiente de permeabilidad basadosen investigaciones in situ o ensayos de laboratorio,coeficientes de almacenamiento y parámetros geoquímicos

• Propiedades hidrogeológicas de rocas y suelos. Acuiferos,acuitardos, acuicludos, acuífugos

• Fuentes y filtraciones. Fuentes permanentes e intermitentes,líneas de filtración, corrientes periódicas y cuantificación deflujos.


qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍAØLa hidrogeología de una zona se encuentra

determinada por los siguientes factores:ØLas características geológicas del área. El

comportamiento de las diferentes litologías esdiferente con respecto al agua, en cuanto a lacapacidad de almacenarla y transmitirla.ØLa climatología, que se constituye en la principal

fuente de agua y condiciona la recarga de losacuíferosØLa geomorfología, que también condiciona el

comportamiento hidrogeológico de la zona.Cuando la escorrentía superficial se da convelocidades altas, la posibilidad de infiltracionesdisminuye.

qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍAØEl origen de las aguas subterráneas

puede ser de:ØAguas meteóricas procedentes de

precipitaciones atmosféricasØAguas metamórficas que se forman en

los procesos físico químicos demetamorfización de la rocaØAguas juveniles que se forman en

procesos de diferenciación magmática enel ascenso de rocas ígneas hacia lasuperficie.

qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍAØLos mecanismos de almacenamiento del

agua en formaciones rocosas subterráneasson:ØAgua libre, formando corrientes fluyentes con

una superficie libreØAgua de retención en materiales granulares,

retenida por fuerzas de tipo polarØAgua capilar, se encuentra sobre el nivel

piezométrico, retenida por fuerzas de capilaridadØAgua de gravedad, que rellena los poros, fisuras

y fallamientosØAgua de constitución, y hace parte de la

estructura química de las formacionesgeológicas

qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍAØLas formaciones geológicas se clasifican en

función de su capacidad de almacenar ytransmitir el agua en los siguientes tipos:ØAcuífero, es la formación que posee la facultad

de absorber, contener y transmitir agua, comopueden ser las arenas y gravasØAcuitardo, puede absorber y contener el agua,

pero la transmite muy lentamente, como lasarcillas arenosas o limosasØAcuicludo, es la formación que puede contener

agua, pero sin poder transmitirla, como lasarcillasØAcuífugo, no puede contener, absorber, ni

transmitir el agua, como el caso de un macizogranítico sin fracturamiento.

qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍA

qCONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROGEOLOGÍAØLos parámetros hidrogeológicos más

importantes son:ØPorosidad, es la relación entre el volumen de los

poros y el volumen total del material. Muestra lacapacidad de almacenar el agua.ØPermeabilidad o conductividad hidráulica, es la

propiedad del material que permite la filtración ycirculación del agua a través de porosconectados entre sí.ØGradiente hidráulico, es la diferencia de carga

hidráulica entre dos puntos de la zona saturadaen relación con la distancia que los separa.ØTransmisividad, cuantifica la capacidad que

tiene un acuífero para ceder agua.

3939


•MODELACIÓN HIDROGEOLÓGICA 3DTúnel La Línea

•MODELACIÓN HIDROGEOLÓGICATúnel La Línea•MODELACIÓN HIDROGEOLÓGICA 3DTúnel La Línea

•MODELACIÓN HIDROGEOLÓGICA 3DTúnel La Línea

0

100

200

300

400

500

600

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Tiempo (días)

Cau

dal (

l/s)

ØMODELACIÓN HIDROGEOLÓGICA 3D

4646





4747

• Objetivos de los sondeos mecánicos– Estudiar los taludes, cimentaciones,

portales, pozos y estructuras subterráneas principales

– Detectar distintas litologías presentes en el macizo rocoso

– Obtención de muestras para ensayos de laboratorio

– Analizar las zonas con potenciales fallas o rocas de baja calidad

– Facilitar ensayos de campo


4848


4949

• Estudios e investigaciones geotécnicas– Sondeos mecánicos

• Recomendación de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM) de 1 a 1.5 la longitud del túnel

• Sondeos cada 300 a 750 metros

TÚNELCARRETERO

LONGITUD(m)

SONDEOS(m)

%

Boquerón 2.405 1.125 46%

Buenavista 4.520 950 21%

San Jerónimo 4.600 1.000 ? 22%

Oriente 8.200 1.055 13%

La Línea 8.600 2.060(+8.600)

24%(124%)

Tobiagrande –Puerto SalgarRuta del Sol

6.0975.2392.180960

0

550250

0%

25%25%


5757

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS GEOTÉCNICAS –– TÚNEL DE SUMAPAZTÚNEL DE SUMAPAZ

5858

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS GEOTÉCNICAS –– TÚNELES RUTA DEL SOLTÚNELES RUTA DEL SOL

5959

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS GEOTÉCNICAS –– TÚNELES RUTA DEL SOLTÚNELES RUTA DEL SOL

6262

• Testificación de los sondeos mecánicos– Número del sondeo, lugar y fecha de

realización, inclinación, tipo de corona, diámetro de perforación, equipo, etc.

– Litologías y descripción gráfica– Recuperación y RQD (Rock Quality

Designation)– Fracturación y alteración– Nivel freático– Muestras para ensayos de campo y laboratorio


6363

LOCALIZACION: Q. LOS CRISTALES INCLINACION: 44° CON VERT.COORDENADAS: N: 984186,96 E: 839197,17 INICIO: 07 - 06 - 99

ELEVACION: 2604,50 metros. TERMINADA: 27 - 07 - 99

DESCRIPCION PROF RECOBRO RQD ESTRUCTURAS OBSERVACIONES

% %

algunos fragmentos de esquistos negros grafitosos, con

9 de junio

-3.56.5 - 7.5+4.0

1.9 - 3.0

0

043

27

REGISTRO DE PERFORACIÓN No. PT - TL - 9ESTUDIOS FASE III CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

HA

BA

NA

VE

RD

OS

A

3.0 - 4.0

4.0 - 5.0

7 de Junio

+ 0.800.0 - 1.0SUELOS RESIDUALES carmelitos, de cenizasvolcánicas: arcillas arenosas (f,m), trazas de raices,medio firmes.

FRAGMENTOS de CUARZO y ESQUISTOS, gris averdes, de forma tabular y tamaños entre de 0.5 - 4.0cm., en una matriz de arcilla limosa habana rojiza.

5.5 - 6.5

5.0-5.5

GR

IS O

SC

UR

A (p

erdi

da e

n 40

%)

7.5 - 9.4

NQ

1.0 - 1.9

0

9

8ESQUISTOS negros grafitosos, presentan altocontenido de micas (muscovita), pirita y oxidos,ademas se presentan diminutas venas de cuarzo quealcanzan hasta 0.5 cm de espesor, muy meteorizados,muy fracturados.

HW

de arena(m,g) limosas, carmelitas a grises, particulas alargadas de cuarzo y mica.

41

27

25

35

36

40

0

1

6

5

4

31

7

3

2

DIA

ME

TRO

MUESTRAS

PR

OF(

m).

SIM

BO

LO

RE

VE

ST.

CA

JAS

DIRECCION: AZIMUT 135°

PROF. TOTAL: 86.15 metros

No.

1

Foliación ondulada, engeneral paralela al ejede perforación.Micropliegues sinorientación definida

Foliación ondulada, inclinación aprox paralela al eje de perforación. Se observan muchos

0

0

0

0

0

6464

LOCALIZACION: TUNEL No. 2 INCLINACION: VERTICALCOORDENADAS: INICIO: 03 - 08 - 03 depto. La Libertad, El Salvador

ELEVACION: TERMINADA: 04 - 08 - 03

PROF RECOBRO RQD

% %.5

85,0

91,0

DIRECCION: Km.64.5 Carretera CA-2

PROF. TOTAL: 5.10 metros

58,0

Calidad de la roca: Muy pobre

Sondeo realizado en VD 01/02

CA

JAS

DESCRIPCION ESTRUCTURA OBSERVACIONES

10,0

Pavimento

1

Calidad de la roca: RegularH

W

Conglomerado basáltico, color gris oscuro,fracturado, con juntas cerradas.

DIA

ME

TRO

MUESTRASP

RO

F(m

).

SIM

BO

LO

RE

VE

ST.

2,8

3

Conglomerado basáltico, color gris oscuro,fracturado, con juntas cerradas.

2.5

3.5

3,8

NQ

.21

.5

Capa de Rodamiento: Concreto Hidráulico

REGISTRO DE PERFORACIÓN No. TA-01-02DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADOR

85,0

1

Base granular: Canto rodado, tamañomáximo del agregado igual a 3.00 pulg.

1.5

2

4

Conglomerado, color gris oscuro, fracturado,con juntas cerradas. 14,0 Calidad de la roca:

Muy pobre

6565

Túnel 3 HORIZONTAL: ---VD 03/03 VERTICAL : X61.0 mts. Lateral Derecho ALTURA:

HILTI DD250 DIAMETRO: 4 " (10.0 cm.)FECHA DE EXTRACCION: 14/07/2003 OPERADORES: Alex Ramirez - Omar de la O

0,00

0,10

0,50

LOCALIZACION: No. DE NUCLEO:UBICACIÓN:

Capa de Rodamiento: Mezcla asfáltica en caliente

DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADORREGISTRO DE EXTRACCION DE NUCLEOS

EQUIPO UTILIZADO :

PROF. (m) DESCRIPCION DEL MATERIALSIMBOLOGIA COMENTARIOS

Base granular (material selecto, grava y arena)

6666

• Estudios e investigaciones geotécnicas– Ensayos en las perforaciones o galerías

• Permeabilidad tipo Lugeon o Lefranc• Permeabilidad, transmisividad y almacenamiento

(bombeo)• Diagrafías (logging): microsísmico, eléctrico,

radioactivo (gammagrafía), otros• Esfuerzos in situ

– Overcoring, Gato plano, Fracturación hidráulica, Placa de carga, corte in-situ

• Temperatura• Nivel freático


6767

• Ensayo de permeabilidad


6868

• Ensayo de esfuerzos in situ


6969

• Estudios e investigaciones geotécnicas– Investigaciones geofísicas

• Sísmica de refracción• Sísmica de reflexión• Gravimetría• Magnetometría• Sondeos eléctricos verticales (SEV)• Radioactividad• Registro termográfico• Medición de esfuerzos y deformaciones en

galerías


7070

• Estudios e investigaciones geotécnicasTÚNEL LA LÍNEALOS CRISTALES

PERFIL SÍSMICO 2

2580,02600,02620,02640,02660,02680,02700,02720,02740,02760,02780,0

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

DISTANCIA, m

ELEV

AC

IÓN

, m.s

.n.m

.

Superf icie

Interfase 1

Interfase 2V2=3900 m/sCapa 1

Capa 2V1=500 m/s

Capa 3 V3=4900 m/s?


7171


7272


SondeosSondeos EléctricosEléctricos VerticalesVerticales (SEV)(SEV)

7373


SondeosSondeos EléctricosEléctricos VerticalesVerticales (SEV)(SEV)

7474

• Estudios e investigaciones geotécnicas– Ensayos de laboratorio

• Petrografía o sección delgada• Composición química• Carga puntual• Compresión inconfinada con y sin deformación• Compresión Triaxial• Corte directo• Abrasividad tipo Cerchar• Velocidad de onda


7575

ENSAYOS DE PETROGRAFIA O SECCIÓN DELGADA

OBJETIVO:Determinación de parámetros como composición mineralógica, laAnisotropía, micro estructura, tamaño de grano y la textura, mediante el examen de muestras pulidas utilizando técnicas de luz reflejada.

1. Determinación de minerales presentes2. Determinación de micro fracturas y alteraciones secundarias3. Tamaño del grano4. Análisis de la micro estructura5. Análisis de la matriz que envuelve los granos


7676

ENSAYOS DESECCIÓN DELGADA


7777

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA CARGA PUNTUAL

OBJETIVO:Es un ensayo índice para la clasificación de materiales rocosos En términos de resistencia. Se puede correlacionar con la Resistencia a compresión simple o a la tracción simple.

Cuantifica el Índice de Resistencia a la Carga Puntual Is(50) y elIndice de Anisotropía I a(50)

Se ensayan núcleos en forma axial o diametral o de formas Irregulares, con un equipo portátil.


7878



7979


ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS PARA TÚNELES VIALESGEOTÉCNICAS PARA TÚNELES VIALES

SONDEO MUESTRA No. LOCALIZACIÓN Tipo L(mm) W (mm) D(mm) P(N) De² (mm²) De (mm) Is F Is(50) c δuc (MPa)PT-TL-15 106 CHORROS 14,6 a 46 37 400 2167,05 46,55 0,1846 0,968 0,18 22,20 3,97PT-TL-15 107 CHORROS 14,6 a 46 38 350 2225,62 47,18 0,1573 0,974 0,15 22,20 3,40PT-TL-15 108 CHORROS 26,3 a 46 33 600 1932,77 43,96 0,3104 0,944 0,29 22,20 6,50PT-TL-15 109 CHORROS 26,3 a 46 31 200 1815,64 42,61 0,1102 0,931 0,10 22,20 2,28PT-TL-15 110 CHORROS 42,05 42,25 a 48 29 1700 1772,35 42,10 0,9592 0,926 0,89 22,60 20,06PT-TL-15 111 CHORROS 42,05 42,25 a 48 29 1900 1772,35 42,10 1,0720 0,926 0,99 22,60 22,42PT-TL-15 112 CHORROS 55,9 56,2 a 47 39 1750 2333,84 48,31 0,7498 0,985 0,74 22,40 16,54PT-TL-15 113 CHORROS 55,9 56,2 a 47 37 2750 2214,16 47,05 1,2420 0,973 1,21 22,40 27,07PT-TL-15 114 CHORROS 55,9 56,2 a 47 39 1950 2333,84 48,31 0,8355 0,985 0,82 22,40 18,43PT-TL-15 115 CHORROS 55,9 56,2 a 47 36 2000 2154,32 46,41 0,9284 0,967 0,90 22,40 20,11PT-TL-15 116 CHORROS 71,7 72 a 47 39 2000 2333,84 48,31 0,8570 0,985 0,84 22,40 18,90PT-TL-15 117 CHORROS 71,7 72 a 47 29 3950 1735,42 41,66 2,2761 0,921 2,10 22,40 46,96PT-TL-15 118 CHORROS 71,7 72 a 47 39 4200 2333,84 48,31 1,7996 0,985 1,77 22,40 39,69PT-TL-15 119 CHORROS 71,7 72 a 47 39 2350 2333,84 48,31 1,0069 0,985 0,99 22,40 22,21PT-TL-15 120 CHORROS 85,15 85,3 a 47 28 4050 1675,58 40,93 2,4171 0,914 2,21 22,40 49,48PT-TL-15 121 CHORROS 89,7 89,9 a 47 37 1800 2214,16 47,05 0,8129 0,973 0,79 22,40 17,72PT-TL-15 122 CHORROS 98,25 98,45 a 47 37 7500 2214,16 47,05 3,3873 0,973 3,30 22,40 73,83PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 8000 1735,42 41,66 4,6098 0,921 4,25 22,40 95,12PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 8000 1735,42 41,66 4,6098 0,921 4,25 22,40 95,12PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 7000 1735,42 41,66 4,0336 0,921 3,72 22,40 83,23PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 28 9000 1675,58 40,93 5,3713 0,914 4,91 22,40 109,96PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 29 5500 1735,42 41,66 3,1693 0,921 2,92 22,40 65,39PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 32 8000 1914,95 43,76 4,1777 0,942 3,93 22,40 88,13PT-TL-15 234 CHORROS 14,6 d 34 47 1450 2209 47 0,656 0,97 0,636 19,8 12,59PT-TL-15 235 CHORROS 26,3 d 29 47 1150 2209 47 0,52 0,97 0,504 18,85 9,50PT-TL-15 236 CHORROS 42,05 d 58 47 2250 2209 47 1,018 0,97 0,987 24,32 24,00PT-TL-15 237 CHORROS 56,2 d 29 47 2300 2209 47 1,041 0,97 1,001 18,85 18,87PT-TL-15 238 CHORROS 72 d 65 47 7000 2209 47 3,169 0,97 3,074 24,5 75,31PT-TL-15 239 CHORROS 85,3 d 31 47 1100 2209 47 0,498 0,97 0,483 19,2 9,27PT-TL-15 240 CHORROS 98,45 d 26 47 6000 2209 47 2,716 0,97 2,634 18,4 48,47PT-TL-15 241 CHORROS 115 d 38 47 10500 2209 47 4,753 0,97 4,61 20,6 94,97PT-TL-15 242 CHORROS 123 d 40 47 6000 2209 47 2,716 0,97 2,634 21 55,31

PROF.

CONSORCIO LA LÍNEA

CARGA PUNTUAL TUNEL LA LINEA

8080

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION INCONFINADA

OBJETIVO:Es un ensayo para definir la resistencia de una muestra de Geometría regular de altura como mínimo dos veces su diámetrocaracterizar y clasificar el núcleo de una roca intacta.

Los especimenes deben ser cilindros regulares rectos con unaRelación altura / diámetro 2,5 a 3 veces. No se recomienda unDiámetro menor del que se obtiene con una broca NX es decir54 mm. El diámetro debe estar relacionado con el tamaño del Grano más grande presente en la roca, mediante una relación de por lo menos 10 a 1.


8181

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION INCONFINADA SIN MEDICION DE DEFORMACION

SONDEO MUESTRA No.LOCALIZACIÓN Diámetro (cm) Longitud (cm) Área (cm²) Volúmen (cm³) Peso Nucleo (gr) Peso Específico (gr/cm³) Carga Máxima (Ton) σc (kg/cm²)PT-TL-10 12 30,15 31,2 4,72 11,19 17,50 195,80 584,8 2,99 13,4 765,83PT-TL-10 13 43,8 46,75 4,68 11,15 17,20 191,80 584,3 3,05 10,8 627,83PT-TL-10 14 62,83 63,87 4,67 11,07 17,13 189,61 582,1 3,07 11,2 653,87PT-TL-10 15 73,8 75,25 4,66 11 17,06 187,61 579,7 3,09 20,4 1196,10PT-TL-10 16 89,45 92,05 4,69 11,15 17,28 192,62 556,9 2,89 23,2 1342,92PT-TL-10 17 104,3 105,9 4,64 10,61 16,91 179,41 560,6 3,12 12,2 721,49PT-TL-10 18 120,2 121,9 4,68 11,18 17,20 192,32 575,1 2,99 18,8 1092,89PT-TL-10 19 133,7 136,6 4,69 11,66 17,28 201,44 621,2 3,08 7,8 451,50PT-TL-10 20 148,7 151,7 4,7 11,16 17,35 193,62 589,4 3,04 12,8 737,77PT-TL-10 21 165,2 168 4,68 11,1 17,20 190,94 582,4 3,05 13,4 778,97PT-TL-10 22 180 193,9 4,69 10,85 17,28 187,44 573,1 3,06 14,2 821,96PT-TL-10 23 180 193,9 4,7 11,05 17,35 191,71 576,7 3,01 11,2 645,55PT-TL-10 24 197,5 4,69 11,72 17,28 202,47 581,3 2,87 4,8 277,85PT-TL-10 25 207,8 210,9 4,7 10,57 17,35 183,38 561,1 3,06 9,2 530,28PT-TL-10 26 223,3 225,3 4,69 11,22 17,28 193,83 576,8 2,98 5,2 301,00PT-TL-10 27 223,3 225,3 4,69 10,67 17,28 184,33 557,2 3,02 7,4 428,35PT-TL-10 28 247 250,1 4,7 11,14 17,35 193,27 584,8 3,03 12,8 737,77

PROF.

CONSORCIO LA LÍNEA

COMPRESION INCONFINADA


8282

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S-32CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

COMPRESION INCONFINADA EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-32 Norma Técnica de referencia: ASTM D 3148

Muestra No.: T - 4Identificación: PT - TL - 11Profundidad: 177.00 m

Fecha de ensayo: 07/04/2000Sector: Alaska

D IMENSIONES Y PROPIEDAD ES DE LA MUEST RA

Diámetro 5,42 cm Altura 8,80 cmArea 23,06 cm2

Volumen 202,84 cm3

Peso 580,67 g Peso unitario 2,86 g/cm3

Esfuerzo Máximo = 319 kg/cm2

OBSERVACIONES GENERALES:

CM - SE - 2000 - 47

ORDEN DE TRABAJO:

Gráfica de Esfuerzo vs. Deformación Unitaria

0

50

100

150

200

250

300

350

-0,0002 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020

Deformación Unitaria

Esfu

erzo

(kg/

cm2 )

ε1

ε2

ε2 + 2∗ε2

Módulo Eav: 276052 kg/cm2

ν = 0.113

8383

Gráfica de Esfuerzo vs. Deformación Unitaria

0

100

200

300

400

500

600

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0016

Deformación Unitaria

Esfu

erzo

(kg/

cm2 )

ENSAYOS DE COMPRESION INCONFINADA CON MEDICION DE DEFORMACIONES


8484

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION TRIAXIAL

OBJETIVO:Medir la resistencia de especímenes rocosos cilíndricos sometidosA compresión triaxial. Suministra valores necesarios paraDeterminar la envolvente de resistencia y a partir de ésta, calcularLos valores del ángulo de fricción interna y la cohesión aparente.

El equipo utilizado incluye una cámara triaxial, una maquina deCarga y un equipo para generar la presión de confinamiento.

Los especimenes deben ser similares a los usados para los Ensayos de compresión inconfinada.


8585

ENSAYOS TRIAXIALES


8686


TRIAXIAL ESTÁTICO EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-21 Norma Técnica de referencia: ASTM D 3148-93

Muestra No.: T 6Perforación: PT - TL - 15Profundidad: 119.00 m

Ensayo: TRIAXIAL ROCA

Fecha de ensayo: 23/03/2000Sector:

D IMENSIONES Y PROPIEDADES DE LA MUEST RA

Altura 9,54 cm Peso Unitario 2,79 g/ cm3

Diámetro 4,76 cm Carga Máx. Punto 1 8591 kg

Área 17,82 cm2

Carga Máx. Punto 2 15311 kg

Volumen 45,43 cm3


Velocidad de deformación 100 kg/ seg

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

200

400

600

800

1000

Esf

uerz

o D

esvi

ador

[kg

/cm

2 ]

σd

σ3 = 100

σ3 = 50

σ3 = 150 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Gráfica de Esfuerzo Desviador vs. Deformación Unitaria

8787


TRIAXIAL ESTÁTICO EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-21 Norma Técnica de referencia: ASTM D 3148-93

Muestra No.: T 6Perforación: PT - TL - 15Profundidad: 119.00 m

Ensayo: TRIAXIAL ROCA


DIMENSIONES Y PROPIEDADES DE LA MUEST RA

Altura 9,54 cm Peso Unitario 2,79 g/ cm3

Diámetro 4,76 cm Carga Máx. Punto 1 8591 kg

Área 17,82 cm2


Volumen 45,43 cm3


Velocidad de deformación 100 kg/ seg

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

200

400

600

800

1000

1200

Esf

uerz

o C

orta

nte

[kg/

cm2

]τ

σ3 = 100

σ3 = 50

σ3 = 150 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Círculo de Mohr en la falla para Esfuerzos Totales

88880 500 1000 1500 2000 2500

Esfuerzo Normal [kg/cm2 ]

0

500

1000

1500

2000

2500

Esf

uerz

o C

orta

nte

[kg/

cm2

]

σ

τ

σ3 = 30

σ3 = 10

σ3 = 50 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Círculo de Mohr en la falla para Esfuerzos Totales

n

ENSAYOS TRIAXIALES


8989

ENSAYO DE RESISTENCIA AL CORTE

OBJETIVO:Medir la resistencia al corte directo pico y residual como una Función del esfuerzo normal al plano de corte. La inclinación delEspécimen con respecto a la masa rocosa y su dirección de Montaje en la maquina de ensayo, se selecciona usualmente de Tal forma que los planos de cizalladura o corte coincidan con losPlanos de debilidad de la roca, como una diaclasa, plano de Estratificación, de esquistocidad, interfase entre dos tipos de roca,Concreto y roca, etc.

La resistencia al corte pico es el esfuerzo cortante máximo en la curva completa esfuerzo de corte – deformación por corte


9090

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S - 16CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

Procedimiento de Ensayo: PE S - 16 Norma Técnica de referencia: ASTM D 5607

Muestra No.: CD 3Perforación: PT - TL - 11

Profundidad: 170.00 mEnsayo: CORTE DIRECTO EN ROCA



φ 6,97 cm

Área 36,33 cm2

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

CORTE DIRECTO EN ROCAS

Esfuerzo Cortante vs Deformación Horizontal

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )

205 kg/cm2138 kg/cm238 kg/cm2

Esfuerzo Normal

9191

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S - 16CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

Procedimiento de Ensayo: PE S - 16 Norma Técnica de referencia: ASTM D 5607

Muestra No.:

Perforación:

Profundidad: 170.00 mEnsayo: CORTE DIRECTO EN ROCA



φ 6,97 cm

Área 36,33 cm2

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

CORTE DIRECTO EN ROCAS

CD 3

PT - TL - 11

Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

50

100

150

200

250

300

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )

Φ= 38.3°c= 28.6 kg/cm2

9292

Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )Φ= 38.3°c= 28.6 kg/cm2

ENSAYOS DE CORTEDIRECTO


9393

ENSAYO DE VELOCIDAD DE ONDA

OBJETIVO:Medir la velocidad de propagación de ondas elásticas en la roca.Se presentan tres variaciones diferentes del método: pulsoUltrasónico de alta frecuencia, pulso ultrasónico de baja Frecuencia y método resonante.

Se determina la velocidad de ondas de compresión o longitudinales (P) y la velocidad de ondas de corte o transversales (S) entre el Transmisor de pulsos y los receptores.


9595


ENSAYO DE VELOCIDAD DE ONDAProcedimiento de Ensayo: PE S-16 Norma Técnica de referencia: ASTM D 2845-95

ORDEN DE TRABAJO: Muestra No.: T4Sondeo No: PT - T1 - 11

Profundidad: 177.00 m


D IMENSIONES Y PR OPIED ADES D E LA MUEST RA

Altura 10,24 cm Peso unitario 2,87 g/ cm³

Diámetro 5,44 cm Tiempo 0,000028 sPeso 682,88 g Velocidad 3657 m/s

Clasificación de la muestra Modulo E 383743 Kg/cm²IP % LL %

CM - SE - 2000 - 034

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020

TIEMPO (s)

VOLT

AJE

(V)

ONDA

DISPARO

LLEGADA

9696

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007TIEMPO (s)

VOLT

AJE

(V)

ONDA

DISPARO

LLEGADA

ENSAYOS DE VELOCIDAD DE ONDA


9797

ENSAYO CERCHAR PARA DETERMINAR LA ABRASIVIDAD

OBJETIVO:Es un ensayo para definir la resistencia al desgaste de las rocasO al desgaste de las herramientas para la perforación o cortede las rocas, por ejemplo de los barrenos o los discos de cortede las TBM.

Se determina un índice de abrasividad con el cual se puede seleccionar el uso de la tecnología de excavación del macizorocoso.


9898

Sample No. Perforation Depth

(mts.) CERCHAR-

Abrasive-Index CAI

Classification of Abrasiveness

Number of Tests

LabNo.

EC-01 PT-TL-9 66,40 4,17 Extremely abrasive

5 3679

EC-02 PT-TL-9 82,65 3,32 very abrasive 5 3680

EC-03 1.PT-TL- 10 229,00 2,31 very abrasive 5 3681

EC-04 PT-TL-10 249,50 4,14 Extremely abrasive

5 3682

EC-05 PT-TL-11 187,80 2,90 very abrasive 10 )* 3683


EC-07 PT-TL-12 56,80 1,14 abrasive 5 3685

EC-08 PT-TL-12 73,50 1,59 abrasive 5 3686

EC-09 PT-TL-13 87,20 1,95 abrasive 5 3687









100100

101101





102102

• Análisis geotécnicos– Clasificaciones geomecánicas o métodos

empíricos• Terzaghi• Protodiakonov• Q ó Barton• RMR ó Bieniawski• Palmstron (RMi)• NATM


103103

• Análisis geotécnicos– Clasificación de Terzaghi

• Fue propuesta en 1964. Clasifica los terrenos en 9 tipos, de 1 a 5 diversas calidades de la roca, 6 son arenas y gravas, 7 y 8 son arcillas y el tipo 9 son terrenos expansivos. Para cada tipo se da una carga sobre el revestimiento en función de las dimensiones del túnel, de la profundidad y la densidad de la roca.

– Clasificación de Protodiakonov• Se clasifican los terrenos con el parametro “f” llamado

coeficiente de resistencia a partir del cual se definen las cargas sobre el soporte o revestimiento. El valor de f se obtiene en rocas a partir de la resistencia a compresión simple y el suelos a partir de la cohesión y ángulo de fricción.


104104

• Análisis geotécnicos• CLASIFICACION GEOMECANICA RMR - CSIR (BIENIAWSKI)

– COMPRESION UNIAXIAL, RQD, ESPACIAMIENTO, ORIENTACION Y ESTADO DE DISCONTINUIDADES, PRESENCIA DE AGUA

• CLASIFICACION GEOMECANICA Q - NGI (BARTON)– RQD, NUMERO DE DIACLASAS, RUGOSIDAD Y RELLENO DE

DISCONTINUIDADES, AGUA EN LAS JUNTAS, ESFUERZOS

• CLASIFICACION NATM (NEW AUSTRIAN TUNNELLING METHOD)– ADICIONALMENTE CONSIDERA LAS CONDICIONES DE

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL Y TRIAXIAL, CORTE, ESTADO DE ESFUERZOS, EXCAVABILIDAD, SOPORTE, COBERTURA, OTROS


105105

CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DE ROCAS DIACLASADAS CSIR: RMR de BIENIAWSKI *PROYECTO LOCALIZACION FECHA

ELABORO

A PARAMETROS DE CLASIFICACION Y SUS RANGOS

>8 4-8 2-4 1-2

1 Mpa Mpa Mpa Mpa

>200 100-200 50-100 25-50 10-25 3-10 1-3Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

VALORACION 15 12 7 4 2 1 02 RQD: Calidad de núcleos 90%-100% 75%-90% 50%-75% 25%-50%

VALORACION 20 17 13 83 ESPACIAMIENTO DE JUNTAS >3 m 1-3 m 0.3-1 m 50-300mm

VALORACION 30 25 20 10

4 ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADES

VALORACION 25 20 12 6Ninguna <24 litros/min 25-125 >125 litros/min

litros/min

5 RELACION Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 >0.5

Seco Solo humedo Ligera presion Serios problemas de agua

VALORACION 10 7 3B

Parámetro Escala de valores

0

0Cantidad de infiltración en 10 m de túnel

Esfuerzo mayorPresión de agua en la fisura

AGUAS SUB- TERRANEAS

Situación general

Superficies muy rugosas, sin continuidad. Paredes de roca dura inalterada

Superficies algo rugosas, separación >1 mm. Paredes de roca in alterada

Superficies algo rugosas, separación >1 mm. Paredes de roca alterada

Superficies pulidas o relleno<5 mm. Espaciamiento o fisuras abiertas 1-5 mm, fisuras continuas

<25%3

< 50 mm5

Relleno blando >5 mm

Fisuras abiertras>5 mm

Fisuras continuas

Indice de la carga puntual

Resistencia a la compresión uniaxial

RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADA

Para esta escala tan baja se prefiere la prueba de resistencia a la C. U.

106106

VALORACION 25 20 12 6Ninguna <24 litros/min 25-125 >125

litros/min

5 RELACION Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 >0.5

Seco Solo humedo Ligera presion Serios problemas de agua

VALORACION 10 7 3B RANGOS DE AJUSTE PARA DIACLASAS POR ORIENTACION

Muy favorable Favorable Regular DesfavorableTúneles 0 -2 -5 -10

Rangos Fundaciones 0 -2 -7 -15Taludes 0 -5 -25 -50

C CLASES DE MACIZOS ROCOSOS DETERMINADOS DE LA VALORACION TOTALRango de valoración 100-81 80-61 60-41 40-21Clase N° I II III IVDescripción Muy buena buena Regular Mala

D SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE MACIZO ROCOSOClase N° I II III IVTiempo promedio de sostenimiento 10 años:claro 5m 6meses: claro4m 1semana:claro3m 5horas:claro1,5mCohesión de la masa de roca >300 kPa 200-300kPa 150-200kPa 100-150kPaAngulo de fricción de la masa de roca >45° 40°-45° 35°-40° 30°-35°

E EFECTO DE LA ORIENTACION DE LAS DIACLASAS DURANTE LA EXCAVACION

Excavación en sentido del B/to Excavación encontra del B/toB/to 45°-90° B/to 20°-45° B/to 45°-90° B/to 20°-45° B/to 45°-90° B/to 20°-45°M uy favorable Favorable Regular Desfavorable M uy desfavorable Regular

RMR= Σ (1, 2, 3, 4 y 5) + (Valoración de B en función de E)

continuas

Cantidad de inf iltración en 10 m de túnel

Esfuerzo mayorPresión de agua en la fisura

AGUAS SUB- TERRANEAS

Situación general

0°-20° indistintoRumbo paralelo al eje del túnel

Orientación de diaclasas Muy desfavorable

Muy Mala

Desfavorable

V10min:claro0,5m

<100kPa

<30°

Rumbo perpendicular al eje del túnel

al rumbo

Buzamiento

107107

•CLASIFICACION GEOMECANICA RMR -CSIR (BIENIAWSKI)

108108


109109


110110


111111


112112

PROYECTO LOCALIZACION FECHA

ELABORODescripción Valor Descripción Valor

ROCK QUALITY DESIGNATION RQD ALTERACION DE LAS PAREDES φ r Ja

A M uy mala 0 - 25 c. No contacto de paredes (grados)

B M ala 25 - 50 K Bandas o zonas desintegradas 6

C M edia 50 - 75 L Bandas o zonas con roca fracturada y arcilla 88

D Buena 75 - 90 M G,H y J para condiciones arcillosas6-24 8.0-12.0

E Excelente 90 - 100 N Zonas o bandas de arcilla, no ablandable 5

JUEGOS DE DIACLASAS Jn Q Zonas gruesas y contínuas de arcilla 10.0-13.0A M asiva, sin o pocas juntas 0.5-1.0 P 6-24 13.0-20.0B 1 juego de juntas 2 R J en condiciones arcillosas 13.-20.0C 1 juego de juntas+ 1 dispersa 3 FACTOR DE REDUCCION POR AGUA EN JUNTAS Kgf/cm2 Jw

D 2 juegos de juntas 4 A Seco ó <5 lt/min, localmente <1.0 1E 2 juegos de juntas+1 dispersa 6 B Influjo moderado o presion, ocasional lavado del relleno 1.0-2.5 0,66F 3 juegos de juntas 9 C Gran Influjo o presion con juntas libres 2.5-10.0 0,5G 3 juegos de juntas+1 dispersa 12 D Gran influjo o gran presion, lavado considerable del relleno 2.5-10.0 0,33H 15 E >10 0.2-0.1

J Roca f racturada, aspecto terroso 20 F >10 0.1-0.05

CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS SEGÚN EL SISTEMA NGI: Qde BARTON,LEIN y LUNDE *

Bandas de arcilla, ver GyH para condiciones arcillosas

4 juegos o mas, fuerte/te diaclasada, etc. Influjo excepcionalmente alto o presión al punto de explosión, decae con el t iempoInflujo excepcionalmente alto o presión al punto de explosión, NO decae con el t iempo

Q= ( RQD/Jn) x ( Jr/Ja) x (Jw/SRF)

•CLASIFICACION GEOMECANICA BARTON

113113

RUGOSIDAD DE DIACLASAS Jr FACTOR DE REDUCCION POR ESFUERZOS SRFa. Zonas débiles intersectando la excavación = caida de roca

A 10,0

A Discontinuas 4B 5,0

B Rugosas, onduladas, irregulares 3 C 2,5

C Asperas, onduladas 2 D 7,5

D Lisas, onduladas 1,5 E 5,0

E Rugosas, planares, irregulares 1,5 F 2,5

F Asperas, planas 1,0 G 5,0

G Lisas,planas 0,5 σc/σ1 σt/σ1c. Juntas abiertas luego de cizalla b. Roca competente con problemas de esfuerzo

H 1,0 H Bajos esfuerzos, cerca de la superf icie. >200 >13 2,5J 1,0 J Esfuerzo medio 200-10 13-0.66 1ALTERACION DE LAS PAREDES φ r Ja K Grandes esfuerzos, estructuras apretadas 10-5 0.66-0.33 0.5-2

a. Paredes en contacto (grados) L M oderadas explosiones de roca (en roca masiva) 5-2.5 0.33-0.16 5-10A __ 0,75 M Fuertes explosiones de roca (en roca masiva) >2.5 <0.16 10-20B Paredes inalteradas, manchas 25-35 1,0C 25-30 2,0

D 20-25 3,0 N M oderada presión de roca sobre el túnel 5-10E 8-16 4,0 O Gran presión de roca sobre el túnel 10-20

b. Paredes en contacto luego de cizalla>10 cm

F 25-30 4,0

G 16-24 6,0P M oderada presión de roca por expansión 5-10

H 12-16 8,0R Elevada presión de roca por expansión 10-20

J Arcillas higroscópicas, espesor <5 mm 6-12 8.0-12.0

c. Roca compresiva, flujo plástico de rocas incompetentes bajo influencia de grandes presiones de roca

d. Rocas expansivas, actividad expansiva dependiente de la presencia de agua

Zonas aisladas de esfuerzos en roca competente, libre de arcilla. Profundidad > 50mJuntas abiertas, fuerte/ te f racturada, aspecto bloques sueltos. Cualquier profundidad

a. Paredes de roca en contacto

Relleno de arena, grava o roca triturada suf iciente para impedir contacto

Q= ( RQD/Jn) x ( Jr/Ja) x (Jw/SRF)

Libres de arcilla, part iculas de arena, roca desintegradaFuertemente reconsolidada, arcillas no ablandables, espesor <5mm

M edia o baja consolidación, rellenos de arcilla, ablandables, espesor <5mm

b. Paredes de roca en contacto despues de cizalla>10 cm

Relleno de arcilla suf iciente para impedír el contacto

M ult iples zonas de debilidad conteniendo arcilla o roca quimica/te desintegrada, roca circundante suelta. Cualquier Zonas isladas de debilidad conteniendo arcilla, o roca quimica/te desintegrada, Profundidad < 50m

Zonas isladas de debilidad conteniendo arcilla, o roca quimica/te desintegrada, Profundidad > 50mM ult iples zonas de esfuerzos en roca competente, libres de arcilla, roca circundante suelta. Cualquier profundidadZonas aisladas de esfuerzos en roca competente, libre de arcilla. Profundidad < 50m

Relleno duro, no ablandable, impermeable

Paredes suavemente alteradas, libres de arcilla, minerales no ablandablesPát ina de sí lice o arcilla-arena , fracciones de arcilla

Pát ina(1-2 mm espesor) de arcilla o mineral ablandable, kaolinita, mica, clorita. Talco, yeso, graf ito ect

114114

115115

• Correlación de Análisis geotécnicosBarton - Bieniawski

• RMR = 9.0 lnQ+44 (Según Bieniawski, 1976)

• RMR = 10.5 lnQ+42 (Según Abad, 1983)

• RMR = 13.5 lnQ+43 (Según Rutledge, 1978)


116116

• Carga sobre el soporte según Bieniawski

• P = G*b*(100-RMR)/100

• Modulo de elasticidad de la roca según Bieniawski

• Em = 2*RMR-100 (en Gpa)


117117

• Análisis geotécnicos• CLASIFICACION GEOMECANICA Q - NGI (BARTON)

– RQD, NUMERO DE DIACLASAS, RUGOSIDAD Y RELLENO DE DISCONTINUIDADES, AGUA EN LAS JUNTAS, ESFUERZOS

• CLASIFICACION GEOMECANICA RMR - CSIR (BIENIAWSKI)– COMPRESION UNIAXIAL, RQD, ESPACIAMIENTO, ORIENTACION Y ESTADO DE

DISCONTINUIDADES, PRESENCIA DE AGUA

• CLASIFICACION NATM (NEW AUSTRIAN TUNNELLING METHOD)– ADICIONALMENTE CONSIDERA LAS CONDICIONES DE

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL Y TRIAXIAL, CORTE, ESTADO DE ESFUERZOS, EXCAVABILIDAD, SOPORTE, COBERTURA, OTROS


118118

Comportamiento geomecánico

Estado del macizo Tipo de excavación

Clase Geotécnica

Comportamiento del macizo durante la excavación del túnel

Macizo que soporta tensiones secundarias sin fallas, es

decir, elásticamente o con generación de

desprendimientos pequeños en la clave; deformaciones cesan rápidamente; no se

requiere sostenimiento sistemático

Roca masiva o roca con fracturamiento leve a

moderado, sin señales de meteorización

Excavación a sección completa posible; no se

recomienda por gran tamaño de sección

transversal, por dificultades operativas y por necesidad de limitar

vibracionesA2 con

desprendimientos

elástico, deformaciones reducidas de corta duración, con pocos desprendimientos por existencia de

discontinuidades, preponderantemente en clave y hastiales superiores

Clasificación Geotécnica según esquema austríaco

A1 Estable elástico, deformaciones reducidas de corta duración, sin desprendimientos luego de completada la limpieza posterior a la voladura, estable permanentemente

Macizo que por existencia de discontinuidades tiende a

relajarse y perder resistencia rápidamente; ocurrencia de

fallas de profundidad limitada; con instalación de refuerzos

sistemáticos las deformaciones son reducidas y

cesan rápidamente

roca fracturada en mayor grado por estratificación o diaclasas, en parte con

rellenos arcillosos y esquistocidad, hasta roca intensamente

fracturada por esquistocidad o

diaclasas muy estrechas en varias orientaciones, levemente meteorizada,

con zonas débiles o rellenos arcillosos

Idem anterior B1 Friable Preponderantemente elástico, deformaciones reducidas de corta duración, resistencia del macizo y estabilidad de cavidad reducidas por fracturamiento; relajación de

macizo en clave y hastiales superiores.

Excavación a frente completo solo posible limitadamente y no

recomendable; se usa frente subdividido en sectores parciales de excavación diferida

B2 Severamente friable

Existencia de sectores no elásticos profundos; con instalación de sostenimiento sistemático deformaciones reducidas de corta duración; baja resistencia del macizo origina relajaciones crecientes y activación de peso de

masa rocosa si refuerzos no son suficientes

Excavación a través de frente subdividido en frentes parciales de excavación diferida

B3 Escurridizo Falta de cohesión y de trabazón son motivo de falta de estabilidad de la cavidad; la excavación de sectores de tamaño reducido puede originar el colapso repentino

del macizo, especialmente en sectores de falta de confinamiento en las 3 dimensiones


119119

Macizo en el cual las solicitaciones secundarias debidas a la excavación

sobrepasan su resistencia; ocurrencia de fenómenos de falla como quiebres, pandeo, deslizamientos, pérdida de estructura y deformaciones

plásticas del macizo hacia el interior de la cavidad;

comportamiento plástico y viscoso se materializa en

deformaciones diferidas en el tiempo, que pueden ser de gran

magnitud

Macizo sometido a repetidas acciones

externas, plegado en menor o mayor grado,

con marcada esquistocidad, partido,

parcial o totalmente milonitizado; zonas de

falla geológica o de contactos de

deslizamientos; suelos secos y compactos hasta arcillas no consolidadas y

plásticas; suelos arcillosos o limosos

totalmente saturados; arenas sin cohesión;

macizos de comportamiento

hinchable;

de acuerdo a requerimientos

particulares

C1 estallido de rocas

Desprendimiento violento de fragmentos de roca por relajación de una roca de gran dureza y comportamiento

frágil sometida a un estado tensional muy elevado

Excavación a través de frente subdividido en frentes parciales de excavación diferida

C2 inestable con acción compresiva

Ocurrencia de sectores plásticos de gran profundidad; aún con refuerzos sistemáticos se producen

deformaciones plásticas, de magnitud moderada y que cesan relativamente rápido; elementos de refuerzo son

sobreexigidos localmente

C3 inestable con severa

acción compresiva

Ocurrencia de sectores plásticos de gran profundidad; aún con refuerzos sistemáticos se producen

deformaciones plásticas de gran magnitud y velozmente, las que solo cesan lentamente; gran parte de los elementos de refuerzo pueden ser sobreexigidos

C4 fluyente falta de cohesión y fricción interna, consistencia blanda y plástica o fluida determinan un comportamiento fluyente

del macizo, aún con excavación de sectores muy reducidos

Excavación debe ser precedida de medidas

anticipadas de consolidación o

estabilización del macizo

C5 Hinchable por la existencia de minerales arcillosos de capacidad hinchable en contacto con agua, el macizo sufre un lento

y continuo aumento de volumen


120120

121121

122122

• EL NUEVO METODO AUSTRIACO Y SU FILOSOFIA (Según Rabcewicz)

• Aplicación de un soporte delgado, semi-rígido, colocado inmediatamente antes de que la roca pueda ser perjudicada por la descompresión.

• El soporte o sostenimiento se diseña para alcanzar el equilibrio permanente, después de adaptarse a un reajuste de esfuerzos, independiente del material

• El soporte puede ser de cualquier material adecuado como anclajes o pernos, hormigón proyectado (concreto neumático), hormigón prefabricado, arcos (cerchas) metálicas, mallas electrosoldadas (mallazos) y cada uno de estos medios puede emplearse solo o en combinación.

• Instrumentación


123123

• EL NUEVO METODO AUSTRIACO Y SU FILOSOFIA (Según Mûller)

• Utilizar la propia roca como elemento resistente frente a las cargas que se producen durante la excavación.

• No introducir daños en la roca durante su excavación para no aumentar las diaclasas y no se formen aureolas de descompresión.

• El soporte inicial debe ser flexible y proteger el macizo rocoso de los efectos de la excavación (meteorización, descompresión, decohesión, etc).

• El revestimiento se construye después de la estabilización de las deformaciones en el macizo y soporte, con el fin de minimizar en el los esfuerzos.

• Debe controlarse a todo momento el comportamiento de la roca y del soporte para comprobar su eficacia o la necesidad de refuerzo.


124124



GEOTÉCNICAS• ANÁLISIS GEOTÉCNICOS• DISEÑOS GEOTÉCNICOS• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


125125

• Diseños geotécnicos– Métodos analíticos

• Formulación elástica• Método de curvas

características


126126

• Diseños geotécnicos– Métodos numéricos

• Método de diferencias finitas• Método de elementos finitos• Método de elementos frontera• Método de elementos discretos• Métodos híbridos

– Métodos de diseño dinámico


127127

• INTRODUCCIÓN• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLÓGICAS E

HIDROGEOLÓGICAS• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS• ANÁLISIS GEOTÉCNICOS• DISEÑOS GEOTÉCNICOS

• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


128128


Buena parte de los estudios y diseñosrealizados para túneles en Colombia hancarecido del nivel necesario de investigacionesgeológicas, hidrogeológicas y geotécnicas, asícomo de análisis detallado por lo cual se hanpresentado, en casi todos los ya excavados,diferencias sustanciales entre la distribucióngeotécnica inicialmente estimada y la realmenteencontrada durante la excavación y soporte.


129129


Para algunos diseños de nuevos túneles queserán construidos proximamente se harealizado un mayor esfuerzo en los estudios einvestigaciones, sin embargo el nivel deincertidumbre sobre la distribución geotécnicaaún es alto, aspecto que se deberá mejorarpara disminuir el desfase en costos y plazos.


130130


La estimación de los soportes se ha realizadobásicamente mediante análisis con métodosempíricos como RMR, Q y NATM, sin elaborarun completo diseño del soporte y revestimientoque use métodos numéricos que modelan conmayor exactitud el comportamiento ycondiciones del macizo rocoso, el tipo ycantidad de soporte, el proceso constructivo ylas condiciones del revestimiento


131131

• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESDurante la elaboración de estudios einvestigaciones para túneles se debe aumentar lainversión de recursos al nivel recomendadointernacionalmente, ya que esto redundará enmenores costos y plazos durante construcción.Se recomienda la elaboración de diseñosdefinitivos adecuados del soporte yrevestimiento mediante el uso de métodosnuméricos y no solo usar métodos empíricos queson adecuados solo para niveles deprefactibilidad o factibilidad.


132132

HÉCTOR SALAZAR BONILLAHÉCTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.

DiseñoDiseño y y CálculoCálculo EstructuralEstructural de de TúnelesTúneles

CelularCelular: 313 828 13 20: 313 828 13 20ee--mail: mail: [email protected]@[email protected]@consorciovialhelios.com

4 estudios e investigaciones para diseño de tuneles

Engineering