escuela profesional de ingenierÍa geologica

i

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLOGICA

ESTUDIO GEOLÓGICO – GEOTÉCNICO PARA EL

DISEÑO DEL SOPORTE DE LOS ADIT DEL TÚNEL 2

– PROYECTO HIDROELÉCTRICO RENACE II, SAN

PEDRO CARCHA, ALTA VERAPAZ - GUATEMALA

TESIS PRESENTADA POR:

CACERES FLORES, ABIMAEL

FERNANDO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE : INGENIERO GEOLOGO

AREQUIPA – PERÚ

2016

i

Dedicatoria

El presente trabajo es dedicado a mis

padres el Sr. Florencio Cáceres y la Sra.

Trinidad Flores en mérito al esfuerzo y

sacrificio durante mi vida universitaria, y

sobre todo al apoyo y aliento constante

que me brindan.

ii

Agradecimiento

Mi agradecimiento a Dios por haberme

permitido llegar hasta este punto y haberme

dado salud para lograr mis objetivos, además

de su infinita bondad y amor.

A mi asesora MSc. Salome Chacón, con quien

conté en todo momento para aclarar dudas y

para orientarme; haciendo la transferencia de

sus conocimientos, para hacer posible el

desarrollo de este trabajo.

Estudio geológico-geotécnico para el diseño del soporte de los Adits del Túnel 2 - Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, San Pedro Carcha – Alta Verapaz - Guatemala.

_____________________________________________________________________________

iii ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

RESUMEN

El Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, se encuentra ubicado inmediatamente

aguas abajo de la Casa de Máquinas de RENACE I, en el municipio de San Pedro

Carchá, departamento Alta Verapaz, Guatemala. Dicha central tendrá una

capacidad máxima de 114 MW de potencia.

Dentro de los componentes para la construcción de la C.H. RENACE II, se

realizara la excavación de dos túneles. El túnel de carga o túnel 2, es un túnel de

4,030 km de longitud, y para agilizar los trabajos de construcción se realizó la

ejecución de dos accesos secundarios o Adits. En este trabajo se detallaran los

estudios de diseño del soporte para el Adit 2 y 3 del Túnel 2.

El presente trabajo consta de ocho capítulos, que se describen a continuación:

Capítulo I: En este capítulo se describe los datos generales como: Ubicación y

acceso, justificación, formulación del problema, alcance y limitaciones, variables

e indicadores, los objetivos e hipótesis.

Capitulo II: Para el presenta trabajo se ha realizado una revisión a la bibliografía

disponible. El trabajo de campo comprende la cartografía geológica-geotécnica a

escala 1/2000 y una campaña de geotécnica.

Capítulo III: Se realiza la descripción de los antecedentes de la investigación, los

componentes del proyecto y las bases teóricas empleadas para la caracterización

geotécnica a nivel de roca intacta, macizo rocoso y de las discontinuidades.

Capítulo IV: El zona de proyecto se registra una precipitación anual de 2,045-

2514 mm, con una temperatura que oscila entre 16-23 ºC y se ubica en la

provincia fisiográfica Tierras altas Sedimentarias. En base al estudio de

Hidrografía se define que el caudal de diseño es de 40 m3/s.

Capítulo V: Desde el punto de vista geológico, la construcción del proyecto se

sitúa en la denominada Cordillera Central de Guatemala, se caracteriza por ser un

área de pliegues y cabalgamientos.

Capítulo VI: La geológica local corresponde al miembro superior de la

Formación Cobán, que comprende calizas y brechas calcáreas.

Capítulo VII: El Adit 2 y Adit 3 tendrán una longitud de 377 y 277 metros

respectivamente. Ambos Adit tendrán una sección en forma de baúl de 6,50 m de

ancho por 6,50 m de alto.

Capítulo VIII: Se exponen los resultados obtenidos de la caracterización

geotécnica a nivel de roca intacta, macizo rocoso y de discontinuidades. Con la

caracterización geotécnica se aplicó la metodología expuesta para el diseño de

soporte y se determinó el soporte para los Adits del Túnel 2 - Proyecto

Hidroeléctrico RENACE II.


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iv ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

ÍNDICE

Dedicatoria ............................................................................................................... i

Agradecimiento ....................................................................................................... ii

RESUMEN............................................................................................................. iii

CAPITULO I..........................................................................................................15

INTRODUCCIÓN .............................................................................................15

1.1. Ubicación y accesibilidad ...................................................................... 16

1.1.1. Ubicación ............................................................................................ 16

1.1.2. Accesibilidad ....................................................................................... 16

1.2. Justificación............................................................................................ 18

1.3. Formulación del problema ..................................................................... 18

1.3.1. Definición del problema ...................................................................... 18

1.3.2. Formulación del problema .................................................................. 18

1.4. Alcances y limitaciones.......................................................................... 18

1.4.1. Alcances .............................................................................................. 18

1.4.2. Limitaciones ........................................................................................ 18

1.5. Variables e indicadores .......................................................................... 19

1.5.1. Independientes..................................................................................... 19

1.5.2. Dependientes ....................................................................................... 19

1.5.3. Indicadores .......................................................................................... 19

1.6. Objetivos ................................................................................................ 19

1.6.1 General ................................................................................................. 19

1.6.2 Específicos ........................................................................................... 19

1.7. Hipótesis ................................................................................................. 20

CAPITULO II ........................................................................................................21

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN .................................................21

2.1. Recopilación bibliográfica ..................................................................... 21

2.2. Trabajo de campo ................................................................................... 21

2.2.1. Cartografía geológico geotécnica ........................................................ 22

2.2.2. Estaciones geomecánicas .................................................................... 22

2.2.3. Esclerómetro o martillo Schmidt ........................................................ 23

2.2.4. Prospección de campo ......................................................................... 24

2.2.4.1. Sondeos ............................................................................................ 25


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v ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

2.2.4.2. Prospección geofísica ....................................................................... 27

2.2.4.2.1. Prospección geoeléctrica ............................................................... 27

2.2.4.2.2. Prospección sísmica ...................................................................... 28

2.2.5. Ensayos in situ..................................................................................... 29

2.2.5.1. Ensayos de permeabilidad ................................................................ 29

2.2.5.2. Mediciones del nivel piezométrico .................................................. 30

2.3. Trabajo de gabinete ................................................................................ 30

CAPITULO III .......................................................................................................31

MARCO TEORICO ...........................................................................................31

3.1. Antecedentes de la investigación ........................................................... 31

3.2. Marco conceptual o bases teóricas ......................................................... 32

3.2.1. Caracterización geotécnica.................................................................. 39

3.2.1.1. Caracterización de la roca intacta .................................................... 39

3.2.1.2. Propiedades mecánicas a nivel macizo rocoso................................. 44

3.2.1.3. Propiedades mecánicas de las discontinuidades .............................. 48

3.2.2. Método constructivo............................................................................ 53

CAPITULO IV .......................................................................................................54

GENERALIDADES ..........................................................................................54

4.1. Clima y Vegetación ................................................................................ 54

4.2. Fisiografía .............................................................................................. 54

4.2.1. Relieve................................................................................................. 55

4.2.2. Hidrografía .......................................................................................... 55

4.2.3. Hidrogeología ...................................................................................... 56

4.3. Geomorfología ....................................................................................... 56

CAPITULO V ........................................................................................................58

GEOLOGÍA REGIONAL..................................................................................58

5.1. Litoestratigrafía ...................................................................................... 60

5.1.1. Formación Tactic (Pi-t) ....................................................................... 60

5.1.2. Formación Chóchal (Pm-ch) ............................................................... 60

5.1.3. Formación Todos Santos (JK-ts) ......................................................... 61

5.1.4. Formación Cobán (Kim-co) ................................................................ 61

5.1.5. Formación Campur (Km-ca) ............................................................... 61

5.1.6. Formación Sepur (KsTi-se) ................................................................. 62

5.1.7. Formación Caribe (Ts-c) ..................................................................... 62

5.1.8. Rocas igneas básicas (Ki).................................................................... 62


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vi ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

5.1.8.1. Unidad de la Sierra de Santa Cruz (Ki-s) ......................................... 62

5.1.9 Depósitos cuaternarios (Q-al) .............................................................. 63

CAPITULO VI .......................................................................................................64

GEOLOGÍA LOCAL .........................................................................................64

6.1. Litoestratigrafía ...................................................................................... 64

6.1.1. Formación Cobán (Kim-co) ................................................................ 64

6.1.2. Depósitos cuaternarios (Q) .................................................................. 66

6.1.2.1. Depósitos coluvio-eluviales (Q-cl-el) .............................................. 66

6.1.2.2. Depósitos aluviales (Q-al) ................................................................ 67

6.2. Geología estructural ............................................................................... 70

6.2.1. Estructura ............................................................................................ 71

6.2.1.1. Fallas y/o fracturas ........................................................................... 71

6.2.1.2. Familias de juntas ............................................................................. 72

6.3. Sismicidad .............................................................................................. 80

6.4. Geología económica ............................................................................... 81

CAPÍTULO VII .....................................................................................................82

DESARROLLO DEL TEMA DE TESIS ..........................................................82

7.1. Sección geométrica ................................................................................ 85

7.2. Metodología del dimensionamiento ....................................................... 85

7.2.1. Prediseño de sostenimiento a partir de la clasificación geomecánica . 87

7.2.2. Análisis de caída de bloques ............................................................... 90

7.2.2.1. Programa unwedge ........................................................................... 90

7.2.2.2. Propiedades de las juntas ................................................................. 91

7.2.3. Modelización numérica en elastoplasticidad ...................................... 93

7.2.3.1. Programa de cálculo ......................................................................... 93

7.2.3.2. Condiciones de contorno .................................................................. 95

7.2.3.3. Propiedades de los terrenos .............................................................. 95

7.2.3.4. Propiedades de los elementos estructurales ..................................... 96

7.2.3.5. Simulación del efecto frente en 2d ................................................... 97

7.3. Desplazamiento del terreno .................................................................... 99

7.4. Plan de auscultación ............................................................................. 100

7.4.1. Medida de convergencias .................................................................. 100

7.4.2. Disposición de la estaciones de medida de convergencia ................. 101

7.4.3. Toma de medidas y frecuencia de las mismas .................................. 101

7.4.4. Criterios de la interpretación de las convergencias ........................... 102


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vii ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

7.4.5. Plan de contingencia ......................................................................... 103

CAPITULO VIII ..................................................................................................104

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................104

8.1. Caracterización de la roca intacta ........................................................ 104

8.2. Propiedades mecánicas a nivel macizo rocoso..................................... 105

8.3. Propiedades mecánicas de las discontinuidades .................................. 107

8.4. Caracterización geotécnica de los depósitos cuaternarios .................. 108

8.5. Resultados obtenidos para el diseño del sostenimiento en los Adits del

Túnel 2 – proyecto hidroeléctrico Renace II ............................................... 109

8.5.1. Clasificación geomecánica ................................................................ 109

8.5.2. Análisis de formación de bloques ..................................................... 111

8.5.3. Modelización numérica en elastoplasticidad .................................... 116

8.5.3.1. Sección tipo III ............................................................................... 116

8.6. Sostenimiento propuesto ...................................................................... 122

8.6.1. Tramificación constructiva del sostenimiento .................................. 122

CONCLUSIONES ...............................................................................................124

RECOMENDACIONES ......................................................................................125

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................126

BIBLIOGRAFÍA DIGITAL ....................................................................... 126

APÉNDICES ........................................................................................................127


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viii ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

ÍNDICE DE TABLAS Y CUADROS

Tabla 1: Situación y principales características de las estaciones geomecánicas

realizadas. .............................................................................................................. 23

Tabla 2: Ubicación y características de los sondeos mecánicos. .......................... 26

Tabla 3: Longitud de los perfiles de tomografía eléctrica realizados en el Túnel 2.

............................................................................................................................... 27

Tabla 4: Denominación y longitud de los perfiles de sísmica de refracción

realizados en el portal de entrada del túnel secundario. ........................................ 28

Tabla 5: Ensayo tipo Lugeon para determinar la permeabilidad de la roca.

(Clasificación del Macizo rocoso según su unidad Lugeon Olalla y Sopeña, 1991).

............................................................................................................................... 29

Tabla 6: Puntos singulares trazado en alzado del Túnel 2. ................................... 36

Tabla 7: Valores del módulo relativo (MR) Ei / σci (Deere, 1966/Palmstrom y

Singh, 2001). ......................................................................................................... 43

Tabla 8: Valores de la constante mi, para roca intacta, según grupos de rocas

(Hoek et al, 1996). ................................................................................................. 44

Tabla 9: Criterios para calcular el RMR (Bieniawski, 2003)................................ 46

Tabla 10: Perfiles tipo para determinar el coeficiente de rugosidad JRC de las

juntas (Barton y Choubey, 1977). ......................................................................... 49

Tabla 11: Orientación y características de las familias de discontinuidades. ....... 79

Tabla 12: Características de los Adits del Túnel 2. ............................................... 83

Tabla 13: Puntos singulares trazado en planta Adit 2. .......................................... 83

Tabla 14: Puntos singulares trazado en planta Adit 3. .......................................... 83

Tabla 15: Evaluación del E.S.R. (Fuente: Grinstad y Barton, 1993). ................... 89

Tabla 16: Características de las familias de juntas representativas en el entorno del

túnel. ...................................................................................................................... 92

Tabla 17: Propiedades de cálculo asignadas al hormigón proyectado. ................. 97

Tabla 18: Propiedades de cálculo asignadas a los bulones. .................................. 97

Tabla 19: Propiedades de cálculo asignadas a los marcos reticulados. ................. 97

Tabla 20: Parámetros a nivel de roca intacta de la Formación Cobán. ............... 105

Tabla 21: Situación y principales características de las estaciones geomecánicas

realizadas. ............................................................................................................ 105

Tabla 22: Resultado de los parámetros resistentes calculados para el macizo

rocoso. ................................................................................................................. 107

Tabla 23: Módulos elásticos calculados para el macizo rocoso. ......................... 107

Tabla 24: Parámetros resistentes de las discontinuidades. .................................. 108

Tabla 25: Propiedades geotécnicas de los depósitos cuaternarios. ..................... 109

Tabla 26: Parámetros de cálculo para el prediseño mediante clasificaciones

geomecánicas. Adits ............................................................................................ 109

Tabla 27: Recomendaciones de Barton para el sostenimiento de los Adits. ....... 110

Tabla 28: Orientaciones de adits considerados en el análisis de caída de bloques.

............................................................................................................................. 111

Tabla 29: Resumen de las cuñas formadas en el perímetro de las sección de los

Adits, 153/12,43 Trend/Plunge del Adit 2, y 113/13,47 para el Adit 3. ............. 113

Tabla 30: Porcentajes de los pesos de las cuñas presentes, 153/12,43 Trend/Plunge

del Adit 2, y 113/13,47 para el Adit 3. ................................................................ 114


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ix ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

Tabla 31: Propiedades de los terrenos aplicadas en la realización de los cálculos

para la sección tipo III. ........................................................................................ 116

Tabla 32: Factores de seguridad calculados para los esfuerzos pésimos sobre el

sostenimiento....................................................................................................... 118

Cuadro 1: Sostenimiento de los Adits del túnel 2. .............................................. 123


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x ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Obra de toma, canal de aducción, canal 1 y portal de entrada del túnel 1.

............................................................................................................................... 33

Figura 2: Sección del canal 1. ............................................................................... 34

Figura 3: Trazado del túnel 1 y adit. ..................................................................... 34

Figura 4: Embalse de regulación, portal de salida del túnel 1 y portal de entrada

del túnel 2. ............................................................................................................. 35

Figura 5: Trazado del túnel 2 y adits. .................................................................... 36

Figura 6: Definición geométrica del túnel revestimiento concreto reforzado. (e=

30 cm).................................................................................................................... 37

Figura 7: Definición geométrica del túnel revestimiento con camisa de acero. ... 38

Figura 8: Ubicación de casa de la Tubería Forzada, Casa de Máquinas y

Subestación. .......................................................................................................... 39

Figura 9: Clasificación de rocas intactas para las Calizas. .................................... 42

Figura 10: Gráfica de corrección del efecto escala en juntas. ............................... 50

Figura 11: Gráfica de correlación entre la dureza de Schmidt y la compresión

simple. ................................................................................................................... 51

Figura 12: Caudales diarios mensuales estimados a la obra de toma del proyecto

RENACE II. La línea verde corresponde a los caudales del período húmedo de la

serie, la línea café al período seco y la línea azul corresponden al comportamiento

medio de la serie de caudales estimados. Según la gráfica, para el año húmedo el

caudal de diseño se cubre el 50% del tiempo estimado, durante la año seco no se

cubre naturalmente y, se tienen que el caudal de diseño se cubre en un 25% con el

comportamiento diario mensual de estos valores. (Fuente: Proyecto RENACE II,

2012). .................................................................................................................... 55

Figura 13: Columna estratigráfica regional. (Fuente: Elaboración propia). ......... 63

Figura 14: Calizas con Pseudorhapydionina chiapanensis y Nummoloculina

heimi, Formación Cobán Superior (cuadrángulo Cobán). Tomado de S. Morán,

2005. ...................................................................................................................... 65

Figura 15: Columna estratigráfica local del área de estudio. (Fuente: Elaboración

propia). .................................................................................................................. 70

Figura 16: Diagrama que muestra las principales estructuras geológicas del

cuadrángulo de Cobán. (Fuente: Cuadrángulo de Cobán-San Pedro Carcha). ..... 71

Figura 17: Roseta de frecuencia para fracturas (A) y dolinas y ríos (B). (Fuente:

Cuadrángulo de Cobán-San Pedro Carcha)........................................................... 71

Figura 18: Contornos de polos medidos en todas las estaciones geomecánicas. .. 73

Figura 19: Planos medios de las seis familias principales de discontinuidades. ... 73

Figura 20: Rango de variación del espaciado para cada familia de

discontinuidades. ................................................................................................... 74

Figura 21: Rango de variación de la continuidad de las juntas para cada familia de


Figura 22: Rango de variación de la rugosidad (índice JRC) para cada familia de


Figura 23: Rango de variación de la apertura de juntas para cada familia de


Figura 24: Situación del área de estudio dentro del mapa de zonación

macrosísmica de Guatemala. ................................................................................. 80


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xi ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

Figura 25: Aceleraciones máximas efectivas para el sismo básico y para el sismo

frecuente. ............................................................................................................... 81

Figura 26: Trazado en planta................................................................................. 84

Figura 27: Perfil longitudinal. ............................................................................... 84

Figura 28: Definición geométrica de los Adit 2 y 3. (Fuente: Subterra Ingeniería).

............................................................................................................................... 85

Figura 29: Determinación, aproximada, del sostenimiento de un túnel (Fuente:

Grinstad y Barton, 1993). ...................................................................................... 89

Figura 30: Reducción sísmica del valor de Q para obtener un aumento del 25% en

la presión de sostenimiento. .................................................................................. 90

Figura 31: Efecto del frente en la estabilidad de la excavación. ........................... 99

Figura 32: Rango de variación de la rugosidad (índice JRC) para cada familia de

discontinuidades. ................................................................................................. 108

Figura 33: Diagrama de Barton para la definición de los sostenimientos. Adits 110

Figura 34: Geometría considerada para el análisis cinemático de cuñas de los adit.

Seccion de sostenimiento tipo I........................................................................... 112

Figura 35: Geometría considerada para el análisis cinemático de cuñas de los adit.

Sección de sostenimiento tipo II. ........................................................................ 112

Figura 36: Comparación porcentual de las cuñas con un RMR >65 C=1 t/m2

Ф=32 Persistencia=5 m para los trazados del Adit 2 y 3. ................................... 113

Figura 37: Comparación porcentual de las cuñas con un RMR 35-65 C=0 t/m2

Ф=32 Persistencia=12 m para los trazados del Adit 2 y 3. ................................. 114

Figura 38: Pesos de las cuñas con un RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32 Persistencia=5 m

para los trazados del Adit 2 y 3. .......................................................................... 115

Figura 39: Pesos de las cuñas con un RMR >65 C=0 t/m2 Ф=32 Persistencia=12

m para los trazados del Adit 2 y 3. ...................................................................... 115

Figura 40: Modelo de cálculo para la Sección Tipo III. Adit ............................. 117

Figura 41: Desplazamientos verticales tras la colocación del sostenimiento. .... 118

Figura 42: Desplazamientos horizontales tras la colocación del sostenimiento. 119

Figura 43: Estado de plastificación tras la colocación del sostenimiento. .......... 119

Figura 44: Deformaciones cortantes en el terreno tras la colocación del

sostenimiento....................................................................................................... 120

Figura 45: Distribución de tensiones en el terreno tras la colocación del

sostenimiento....................................................................................................... 120

Figura 46: Momentos flectores en el sostenimiento. .......................................... 121

Figura 47: Esfuerzos axiles en el sostenimiento. ................................................ 121


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xii ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1: Esclerómetro o martillo Schmidt. .................................................... 23

Fotografía 2: Ejecución de perfil sísmico en la zona del emboquille de entrada del

Túnel secundario. .................................................................................................. 29

Fotografía 3: Torre Kárstica en rocas de la Formación Chóchal, aldeaTzalamilá. 56

Fotografía 4: Cerro cónico en rocas de la Formación Cobán, camino a la aldea

Xicacao. ................................................................................................................. 57

Fotografía 5: A) Lineamientos en el cerro marcan la estratificación de las calizas,

en este caso buzando al sur. B) Afloramiento de calizas mostrando una pequeña

secuencia de estratos cuyo espesor varía de 30 a 50 cm. ...................................... 65

Fotografía 6: A) Bloque de brecha que muestra fragmentos de mudstone, con

vetillas de calcita. B) Afloramiento de brecha calcárea mostrando fragmentos

mayores a 15 cm, angulosos a subangulosos. ....................................................... 66

Fotografía 7: Suelos coluvio-eluviales detectados durante la excavación de los

taludes de emportalamiento del Adit 3.................................................................. 67

Fotografía 8: Depósitos aluviales, conformado por rocas de calizas y lutitas

redondeado a bien redondeado, con una matriz arenosa color gris. Fotografía toma

desde aguas arriba, cerca al Azut. ......................................................................... 68

Fotografía 9: Vista general de la ejecución de mediciones de convergencia. ..... 101


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xiii ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

ÍNDICE DE PLANOS

Plano 1: Ubicación y Accesibilidad al Proyecto Hidroeléctrico RENACE II.

(Fuente: Elaboración Propia). ............................................................................... 17

Plano 2: Mapa Geológico de Alta Verapaz. (Fuente: Instituto Geográfico

Nacional, 1970). .................................................................................................... 59

Plano 3: Planta Geológica-Geotécnica. (Fuente: Subterra Ingeniería). ................ 69


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xiv ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

APÉNDICE

APÉNDICE I: PERFILES GEOLÓGICOS-GEOTÉCNICOS

APÉNDICE II: TESTIFICACIONES

APÉNDICE III: PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

APÉNDICE IV: UNWEDGE. FACTORES DE SEGURIDAD

APÉNDICE V: PERFIL CONSTRUCTIVO DE LOS ADITS DEL TÚNEL 2.


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15 ____________________________________________________________________________ Abimael Fernando Cáceres Flores

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

El Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, el cual se encuentra ubicado

inmediatamente aguas abajo de la Casa de Máquinas de RENACE I, constituye el

segundo de los tres elementos de la cascada del aprovechamiento del Río

Cahabón, ubicado en el municipio de San Pedro Carchá, departamento Alta

Verapaz, Guatemala.

La construcción de la Central Hidroeléctrica RENACE II, es un proyecto de

generación de energía eléctrica a través de medios hidráulicos, utilizando para tal

efecto una parte del caudal del río Cahabón. El proyecto ya instalado tendrá una

capacidad máxima aproximada de 114 MW de potencia.

Dentro de los componentes para la construcción de la C.H. RENACE II, se

realizara la excavación de dos túneles. El túnel de carga o túnel 2, es un túnel de

4,030 km de longitud, y para agilizar los trabajos de construcción se realizó la

ejecución de dos accesos secundarios o Adits. El Adit 2 tendrá una longitud de

377 m, y el 277 m el Adit 3. Ambos Adits tendrán una sección en forma de baúl

de 6.50 m de ancho por 6.50 m de alto.

En base al desarrollo de este proyecto, se busca como objetivo general:

- Definir el diseño del soporte para cada tipo de roca de los Adits del Túnel

2 - Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, con la aplicación de la Ingeniería

Geológica-Geotécnica.


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1.1. Ubicación y accesibilidad

1.1.1. Ubicación

El Proyecto Hidroeléctrico RENACE II se encuentra geográficamente ubicado en

la cuenca del río Cahabón, en el municipio de San Pedro Carchá, del

departamento de Alta Verapaz, Guatemala. El proyecto está comprendido en la

zona 15, banda P, dentro de las siguientes coordenadas UTM del sistema WGS84:

1´718,397N - 806,571 E / 1´716,864N - 810,893 E

1.1.2. Accesibilidad

El acceso principal al proyecto Hidroeléctrico RENACE II, puede hacerse desde

la ciudad capital, mediante la ruta del atlántico (CA-9, Norte), hasta llegar al

pueblo del Rancho en el Progreso, en este punto se toma la carretera CA-14, que

conduce al municipio de Tactic, Cobán y San Pedro Carchá. Al llegar al

municipio de San Pedro Carchá se toma la ruta a Semuc Champey, para llegar a la

aldea Bancab y acceder a un camino de trocha, pasando por las aldeas Sacsi Chiyo

y Chiguarrom para llegar al área del proyecto.

En el Plano 1 se muestran la ubicación y accesibilidad al Proyecto Hidroeléctrico

RENACE II.


_____________________________________________________________________________


Plano 1: Ubicación y Accesibilidad al Proyecto Hidroeléctrico RENACE II. (Fuente: Elaboración

Propia).


_____________________________________________________________________________


1.2. Justificación

El presente estudio se realiza para establecer las características principales de la

estructura geológica y conjuntamente los parámetros geotécnicos del macizo

rocoso, los cuales se requieren para determinar el diseño ingenieril del soporte de

roca adecuado para la ejecución de los Adits del Túnel 2 - Proyecto Hidroeléctrico

RENACE II, y obtener resultados de eficiencia económica y eficacia en la

ejecución del proyecto.

1.3. Formulación del problema

1.3.1. Definición del problema

El presente trabajo pretende detallar los estudios para definir el diseño de soporte

de los Adits del Túnel 2 - Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, con la aplicación

de la Ingeniería Geológicos-Geotécnica.

1.3.2. Formulación del problema

PROBLEMAS CAUSAS EFECTO

¿Cómo se hace el diseño de

soporte de los Adits del

Túnel 2 – Proyecto

Hidroeléctrico RENACE II?

Aplicar la Ingeniería Geológica-Geotécnica.

Permitirá definir el diseño de soporte para

cada tipo de roca.

1.4. Alcances y limitaciones

1.4.1. Alcances

En la presente tesis se emplea una metodología que permite realizar el diseño de

soporte de los Adits del Túnel 2 - Proyecto Hidroeléctrico RENACE II. Esta

metodología es extrapolable y sirve de contraste para los proyectos en donde se

tiene de componente un túnel, y es indispensable realizar el diseño de soporte.

Realizar el mapeo geológico-geotécnico, empleo de prospecciones geofísicas,

ejecución de una campaña geotécnica (con ensayos in situ y de laboratorio) y

análisis de resultados; se caracterizara el macizo rocoso, comprende su

comportamiento y así aplicar los métodos de diseño, para determinar el soporte de

un túnel.

1.4.2. Limitaciones

El diseño de soporte está definido exclusivamente para los Adits del Túnel 2, y no

es adecuado aplicar este mismo diseño de soporte al Túnel 2 propiamente dicho.

Si bien ambos se excavan en el miembro superior de la Fm. Cobán, entre la

diferencia más importantes es la función para el Túnel 2 y los Adits. Los Adíts

tienen una función temporal durante el proceso constructivo del Túnel 2.


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1.5. Variables e indicadores

1.5.1. Independientes

Aplicación de la Ingeniería Geológica-Geotécnica.

1.5.2. Dependientes

Se caracterizara el macizo rocoso, comprenderá su comportamiento y podrá

aplicar métodos de diseños para definir su soporte, en este caso, a los Adits del

Túnel 2 - Proyecto Hidroeléctrico RENACE II.

1.5.3. Indicadores

-Tipo de roca.

-Estructuras geológicas.

-Propiedades de la roca intacta.

-Propiedades a nivel macizo rocoso.

-Factor de seguridad.

1.6. Objetivos

1.6.1 General

Definir el diseño del soporte para cada tipo de roca de los Adits del Túnel 2 -

Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, con la aplicación de la Ingeniería

Geológica-Geotécnica.

1.6.2 Específicos

- Caracterizar geológica y geotécnicamente el macizo rocoso.

- Realizar pruebas de campo y de laboratorio para cuantificar las propiedades de la

roca intacta.

- Aplicar métodos de cálculo para el diseño del soporte.

- Realizar el análisis de los problemas de estabilidad, asociado a las juntas del

macizo rocoso.

- Obtener con la presentación y sustentación del presente trabajo, el Título

profesional de Ingeniero Geólogo.


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1.7. Hipótesis

Con la aplicación de la Ingeniería Geológica-Geotécnica se caracterizara el

macizo rocoso, comprenderá su comportamiento y podrá aplicar métodos de

diseño para definir su soporte, en este caso, a los Adits del Túnel 2 - Proyecto

Hidroeléctrico RENACE II.


_____________________________________________________________________________


CAPITULO II

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

2.1. Recopilación bibliográfica

Se realizó una síntesis bibliográfica, con la revisión de publicaciones científicas y

revisión a los estudios previos realizados en el área de proyecto.

2.2. Trabajo de campo

El trabajo de campo consiste en la caracterización geomecánica del macizo rocoso

y la fracturación del mismo.

Para ello se ha realizado el mapeo geológico-geotécnico y estaciones

geomecánicas, tomando a su vez, medidas de la compresión simple del macizo

con el esclerómetro o martillo Schmidt.

Comprende una campaña de sondeos, con la ejecución de ensayos in situ y la

toma de muestras parafinadas para laboratorio. El ensayo realizado en el interior

del sondeo para medir la permeabilidad de la roca fue el de tipo Lugeon.

Se realizó Prospección Geofísica, que comprende un estudio de tomografía

eléctrica y sísmica de refracción. Aunque esta se realizó sobre el trazado del Túnel

2, los resultados ayudan a comprender y estimar las características del subsuelo

para el trazado del Adits del Túnel 2.


_____________________________________________________________________________


2.2.1. Cartografía geológico geotécnica

Con la información recopilada, las imágenes satelitales de Google Earth y la visita

al área de ubicación del túnel 2, se ha realizado una cartografía geológico-

geotécnica a escala 1/2.000, en el que se recogen todos los datos tomados en

campo, como son el tipo de litología, las estaciones geomecánicas, fallas y

fracturas, estados de meteorización del macizo rocoso, puntos de afloramiento, y

depósitos de suelos (coluvio-eluviales, aluviales, etc.). Plano 3.

2.2.2. Estaciones geomecánicas

A lo largo de la zonas de ubicación del túnel 2 se han realizado un total de 11

estaciones geomecánicas. El avanzado estado de karstificación de la roca ha

impedido la realización de un mayor número de estaciones geomecánicas.

En cada una de las estaciones se ha realizado un completo levantamiento

geotécnico de las discontinuidades estructurales, mediante la medición de su

orientación, espaciado, continuidad, apertura, relleno, rugosidad, resistencia y

presencia de agua.

Los parámetros observados permiten la asignación del correspondiente índice

RMR (Rock Mass Ratio). Este índice resulta de la suma de los distintos valores

obtenidos para RMR 1, RMR 2+3, RMR 4 Y RMR 5, donde RMR 1 valora la

resistencia a compresión de la roca, RMR 2+3 es función del RQD y del

espaciado de las discontinuidades estructurales existentes en el macizo rocoso,

RMR 4 establece el estado de las discontinuidades (persistencia, abertura,

rugosidad, relleno y meteorización) y RMR 5 es función del efecto del agua en el

macizo rocoso.

En la Tabla 1 se presentan las principales características de las estaciones

geomecánicas.

ESTACIÓN GEOMECÁNICA

COORDENADAS U.T.M. UNIDAD

RECONOCIDA RMR

1 RMR (2+3)

RMR 4

RMR 5

RMR (1+2+3+4+5)

OBJETIVO

X Y

EG-1 807126 1717802 Calizas 4 29 12-19 10 55-62 Portal de entrada

túnel 2

EG-2 807089 1717832 Calizas 4 28 12-17 10 54-59 Portal de entrada

túnel 2

EG-3 807447 1717937 Calizas 2-4 27 14-16 10 53-57 Adit 1

EG-4 807817 1718150 Calizas 2-4 27 14-17 10 53-58 Túnel 2

EG-5 810734 1717274 Calizas 2-4 25 9-15 10 46-54 Portal de salida

túnel 2

EG-6 810536 1717281 Calizas 2-4 26 10-17 10 48-57 Portal de salida

túnel 2


_____________________________________________________________________________


ESTACIÓN GEOMECÁNICA

COORDENADAS U.T.M. UNIDAD

RECONOCIDA RMR

1 RMR (2+3)

RMR 4

RMR 5

RMR (1+2+3+4+5)

OBJETIVO

X Y

EG-7 809610 1717601 Calizas 2-4 25 14-17 10 51-56 Túnel 2

EG-8 809360 1717704 Calizas 2-4 23 14-17 10 49-54 Túnel 2 / Adit 2

EG-9 809109 1717838 Calizas 2-4 28 12-17 10 52-59 Adit 2

EG-10 808420 1718087 Calizas 2-4 23 10-19 10 45-56 Túnel 2

EG-11 807806 1718156 Calizas 2-4 27 8-17 10 47-58 Túnel 2

Tabla 1: Situación y principales características de las estaciones geomecánicas realizadas.

2.2.3. Esclerómetro o martillo Schmidt

En cinco de las once estaciones geomecánicas, se han realizado un mínimo de

veinte medidas in situ con el esclerómetro (Fotografía 1) para la determinación

de la resistencia a compresión simple de las juntas.

Fotografía 1: Esclerómetro o martillo Schmidt.

Su funcionamiento consiste en una pesa tensada con un muelle. Dicha pesa

tensada es lanzada perpendicularmente contra la superficie de la junta estudiada

midiendo su rebote.

El rebote del martillo se puede correlacionar con la resistencia a compresión

simple de las juntas (JCS) a partir de la inclinación del mismo y la densidad de la

roca.


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Si las paredes de las juntas no están alteradas o meteorizadas se toma el valor de

la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa.

Si la pared está alterada, como ocurre habitualmente, el rebote del martillo (r) se

puede correlacionar con la resistencia a compresión simple de las juntas (JCS)

mediante la siguiente expresión:

Log10JCS = 0,00088 × γ × r + 1,01

Donde,

γ, es la densidad de la roca en kN/m3.

2.2.4. Prospección de campo

En este apartado se exponen los trabajos de investigación geotécnica realizados

para la elaboración del presente estudio geotécnico. La campaña de investigación

se ha planificado con el objetivo de poder cubrir las necesidades planteadas en el

presente proyecto, adecuando los trabajos realizados a las características generales

de la obra y de los materiales existentes en el trazado analizado.

Los reconocimientos geotécnicos de campo se han definido teniendo en cuenta la

estructura geológica del ámbito de estudio, la accesibilidad a los puntos de

reconocimiento, así como la dificultad técnica de los reconocimientos previstos.

Dichos reconocimientos consisten básicamente en una campaña de sondeos y una

campaña de prospección geofísica, cuya información se ha completado además

con la toma de datos estructurales del macizo rocoso, mediante la realización de

estaciones geomecánicas.

El objetivo perseguido con la campaña de sondeos propuesta ha sido llegar a

determinar la estructura geológica en profundidad del área y obtener los

parámetros geotécnicos necesarios para el diseño de las excavaciones

subterráneas.

Los puntos de investigación se han planteado con el criterio general del

reconocimiento de los niveles de alteración de la roca y su estado en profundidad.

Sin embargo, algunos sondeos se han planteado con el objeto de determinar la

posible interferencia entre el trazado de los diversos túneles proyectados y los

sistemas de fracturación y karstificación reconocidos en superficie mediante la

cartografía geológica y en profundidad mediante la prospección geofísica

realizada.

De la campaña de sondeos propuesta, que consistía en la realización de seis

sondeos a rotación con extracción continua de testigo, todos ellos verticales, se

han podido ejecutar únicamente tres de ellos, debido a falta de permisos en las

parcelas necesarias para la ejecución o en los acceso a los puntos de ubicación de

los mismos,


_____________________________________________________________________________


Por su parte, la campaña de prospección geofísica se planificó con el fin de poder

determinar las características del subsuelo, considerándose adecuado, para una

mejor caracterización, emplear dos metodologías de prospección diferentes,

sísmica de refracción y perfiles de tomografía eléctrica. En el primer caso se

analizan las características de los materiales desde un punto de vista sísmico,

pudiendo determinar así la ripabilidad y espesor de los mismos; mientras que en el

segundo se estudian las características geoeléctricas de dichos materiales,

pudiendo obtener información sobre contactos, fracturas y estructuras.

El estudio de tomografía eléctrica fue realizado en el mes de agosto de 2012,

mientras que la primera fase de la campaña de sísmica de refracción se ejecutó en

noviembre de 2012.

Mediante esta campaña de campo se han obtenido diferentes muestras del terreno,

que han sido llevadas al laboratorio para la realización de diversos ensayos,

dirigidos a completar la caracterización y definir los parámetros geotécnicos de

los materiales prospectados.

En los siguientes apartados se procederá a la descripción de los diferentes trabajos

que constituyen la campaña de reconocimientos de campo, tanto directos como

indirectos.

2.2.4.1. Sondeos

En la Tabla 2 se incluye la ubicación y características de los 6 sondeos mecánicos

propuestos, de los que finalmente solamente se han podido ejecutar 3, que

totalizan 164 m lineales de perforación.

SONDEO P.K.

UBICACIÓN COORDENADAS

LONGITUD (m)

INCLINACIÓN

(°) OBJETIVO

FECHA DE EJECUCIÓN

STU2-0+005 0+005 X= 806905 Y= 1717776 Z= 991.49

24 90 (vertical) Portal de

entrada Túnel de Conducción

20-21/11/2012

STU2-0+640 0+640 - - 90 (vertical)

Adit 1 – Túnel de Conducción. Reconocimiento

general por incertidumbre

geológica

No realizado por falta de permisos

STU2-1+470 1+470 - - 90 (vertical) Reconocimiento zona de dolinas


STU2-2+000 2+000 X= 808777 Y= 1717981 Z= 926.51

49 90 (vertical)

Adit 2 – Túnel de Conducción. Reconocimiento


geológica

11-14/02/2012


_____________________________________________________________________________


STU2-3+400 3+400 - - 90 (vertical)

Zona de posible Adit 3 – Túnel

de Conducción. Reconocimiento


geológica


STU2-3+580 3+580 X= 810225 Y= 1717348 Z= 886.06

91 90 (vertical)

Reconocimiento zona de dolinas

y escaso recubrimiento

20-26/02/2013

Tabla 2: Ubicación y características de los sondeos mecánicos.

En los sondeos que han atravesado la roca se procedió a la toma de testigos

parafinados de forma sistemática cada 10,0 m de perforación o cuando ha variado

la naturaleza del terreno.

Los ensayos “in situ” a ejecutar en el interior de los sondeos revisten una especial

importancia para la caracterización de los macizos rocoso y se desarrollarán en un

apartado posterior.

Los sondeos se concentran en las zonas de los portales, adits, zonas

previsiblemente falladas o fracturadas, así como tramos con mayor incertidumbre

geológica. La posición de los mismos se ha optimizado una vez obtenidos los

resultados de la campaña de tomografía eléctrica.

Todos los sondeos se han perforado hasta una profundidad de al menos un

diámetro por debajo de la cota de la rasante del túnel.

La campaña de sondeos ha sido ejecutada entre los meses de noviembre de 2012 y

febrero de 2013, habiendo sido realizados todos ellos con batería de diámetro HQ

(96 mm) y aporte de agua.

En las columnas de los registros de sondeos, que se incluirán en forma de

apéndice (Apéndice II, Testificaciones), se recogen las principales características

tanto del método de perforación, como del material perforado, que de forma

resumida se agrupa en los siguientes aspectos:

- Diámetro y tipo de perforación

- Porcentaje de recuperación del testigo

- Diámetro de revestimiento

- Profundidad del nivel freático

- Espesor de los estratos

- Descripción geológica del material

- Profundidad y tipo de muestras

- Ensayos realizados


_____________________________________________________________________________


2.2.4.2. Prospección geofísica

Se han realizado dos campañas de prospección geofísica diferentes, consistente en

la realización de tomografía eléctrica y sísmica de refracción, respectivamente,

para la estimación de las características del subsuelo en el emplazamiento de la

Central Hidroeléctrica.

Se ha considerado adecuado el empleo de dos metodologías de prospección del

subsuelo: una campaña de perfiles de tomografía eléctrica, para poder conocer las

características del subsuelo desde el punto de vista geoeléctrico, tanto en los que

se refiere a la litología, fracturas y contactos, así como a sus propiedades

eléctricas, y una campaña de sísmica de refracción, para analizar la ripabilidad y

espesor de los materiales en algunas zonas del trazado.

A partir de la cartografía geológica, y con la información obtenida en los perfiles

de tomografía eléctrica, se ha podido llevar a cabo una descripción más detallada

de las unidades geológicas y la estructura existente en profundidad.

2.2.4.2.1. Prospección geoeléctrica

Se ha considerado adecuado el empleo de la tomografía eléctrica multi-electrodo

con el objetivo de definir un modelo de la estructura del macizo rocoso en el que

se excavará el túnel 2.

La longitud de los perfiles en el trazado del Túnel 2 se muestra en la Tabla 3,

alcanzándose una longitud total investigada de 3.770 metros lineales, ejecutados

con los dispositivos de medida Polo – Dipolo y Polo – Polo.

TÚNEL PERFIL DE TOMOGRAFÍA

ELÉCTRICA

LONGITUD

(M)

Túnel 2 Perfil eléctrico 1 2.580

Perfil eléctrico 2 1.190

Tabla 3: Longitud de los perfiles de tomografía eléctrica realizados en el Túnel 2.

Como resultado de la tomografía eléctrica, se ha interpretado 2 horizontes

geofísicos principales: superficialmente el horizonte A, debajo del cual se ubica el

horizonte B.

El horizonte A se caracteriza por un espesor variable, pasando desde alrededor de

10 metros en la porción noroeste a los casi 20 metros hacia el sureste. La

tendencia de este horizonte podría ser asociado también a la porción superficial de

alteración y suelo orgánico.

El horizonte B se encuentra debajo del horizonte A, caracterizado por un espesor

relevante, hasta la máxima profundidad de investigación alcanzada. Tal horizonte

se encuentra afectado por la presencia de varias anomalías bajo resistivas de

orientación pseudovertical, que han sido asociadas a discontinuidades

probablemente de origen tectónico.


_____________________________________________________________________________


Se ha realizado un perfil geológico – geotécnico del Túnel 2, tomando como base

la cartografía geológico – geotécnica llevada a cabo en la zona, y la información

obtenida en los perfiles eléctricos 1 y 2.

2.2.4.2.2. Prospección sísmica

La campaña de sísmica de refracción realizada durante los días 30 y 31 de octubre

y 2 de noviembre de 2012, consistió en la ejecución de doce (12) perfiles de

tomografía sísmica de refracción, de diferentes longitudes, denominados con una

numeración correlativa desde el perfil 1 hasta el 13, con la única excepción del

perfil 11, que no se realizó.

Cabe destacar que la campaña sísmica de refracción se ejecutó con el objetivo de

poder obtener el conocimiento adecuado de los materiales del subsuelo existentes

en las principales obras del Proyecto Hidroeléctrico RENACE II y zonas del

especial interés, ubicándose únicamente dos de esos perfiles en el portal de

entrada del Túnel 2.

La denominación y longitud de cada uno de los perfiles sísmicos de refracción

realizados en el Túnel 2 se muestra en la tabla Tabla 4, mientras que en la

Fotografía 2 se puede observar la ejecución de uno de los perfiles sísmicos

realizados en el portal de entrada.

PERFIL SÍSMICO DE

REFRACCIÓN

LONGITUD

(m)

EMPLAZAMIENTO

Perfil 12 99 Portal entrada túnel 2

Perfil 13 55

Tabla 4: Denominación y longitud de los perfiles de sísmica de refracción realizados en el portal de

entrada del túnel secundario.

Se interpreta 3 horizontes en los perfiles sísmicos realizados. El primer horizonte

tiene una potencia en promedio de 3 m, con velocidades de 300 m/s, es la capa de

suelo residual. El segundo y tercer horizonte es netamente el sustrato rocoso, en la

segundo horizonte se obtiene velocidades en un rango promedio de 2300 a 2700

m/s, con una potencia en promedio de 15 m. En el tercer horizonte se obtiene

velocidades superiores a los 4000 m/s y su espesor es hasta la máxima

profundidad estudiada.

La ubicación de los reconocimientos geofísicos realizados, tanto los perfiles de

tomografía eléctrica como los extendimientos de sísmica de refracción, se

muestran en la planta geológico-geotécnica. El informe completo de prospección

geofísica se incluye en el Apéndice III. Prospección geofísica.


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Fotografía 2: Ejecución de perfil sísmico en la zona del emboquille de entrada del Túnel secundario.

2.2.5. Ensayos in situ

2.2.5.1. Ensayos de permeabilidad

Los ensayos de permeabilidad (LUGEON) consisten en obturar un tramo de

sondeo que se somete a una carga de agua creciente hasta llegar un máximo (no

superior a 10 bares e inferior si hay riesgo de hidrofracturación de la roca) y

posteriormente se va reduciendo la carga, lo que permite determinar la permeabilidad del tramo e incluso la conductividad hidráulica inicial y final de las

discontinuidades presentes.

En la Tabla 5 se muestra los resultados de los ensayos Lugeon realizados en dos

sondeos.

ENSAYO LUGEON

Sondeo Desde

(m)

Hasta

(m) k (cm/s) ULE

Tipo de

Flujo Litología

Tipo de

Macizo

STU-2-2+000 34.0 39.0 2.58 E-4 4.104

Laminar Caliza

mudstone Permeable

44.0 49.0 2.48 E-4 6.397

STU-2-3+580 76.0 81.0 5.43 E-6 0.140

Dilatación Caliza

mudstone

Muy Permeable 86.0 91.0 4.42 E-6 0.114

Tabla 5: Ensayo tipo Lugeon para determinar la permeabilidad de la roca. (Clasificación del Macizo

rocoso según su unidad Lugeon Olalla y Sopeña, 1991).


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2.2.5.2. Mediciones del nivel piezométrico

En el sondeo STU-2-3+580 se ha encontrado el nivel freático a la profundidad de

65 m.

2.3. Trabajo de gabinete

Se realizó la descripción petrográfica y mineralógica de las diferentes unidades

litológicas encontradas en el área de estudio. Así mismo, se procedió a la

interpretación de los ensayos in situ y de laboratorio. Lo cual conllevo al

modelamiento de soporte mediante métodos teóricos y software.

Finalmente se realizó la redacción del presente trabajo.


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CAPITULO III

MARCO TEORICO

3.1. Antecedentes de la investigación

Este informe se ha realizado basándose en el análisis de todos los documentos

antecedentes disponibles. Concretamente, se han consultado:

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del azud de la presa

Renace II. Informe 1. Empresa Consultora, mayo de 2012.

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del canal de aducción

y canal 1 de la presa Renace II. Informe 1. Empresa Consultora, mayo de 2012.

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del camino de acceso a

la casa de máquinas Renace II Guatemala. Informe 3. Empresa Consultora, mayo

de 2012.

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del camino de acceso

al campamento Renace II Guatemala. Informe 4. Empresa Consultora, junio de

2012.

-Estudio geotécnico. Análisis de estabilidad de la ladera en la que se asienta la

tubería forzada. Proyecto Renace II. Informe 5. Empresa Consultora, mayo de

2012.


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-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del vial de Chiquisís a

Sacrab. Informe 6. Empresa Consultora, junio de 2012.

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del túnel de la presa

Renace II. Informe 8. Empresa Consultora, julio de 2012.

-Estudio geológico y geotécnico. Proyecto de construcción del camino de acceso

al campamento Renace II Guatemala. Informe 9. Empresa Consultora, julio de

2012.

3.2. Marco conceptual o bases teóricas

La construcción de la Central Hidroeléctrica RENACE II, es un proyecto de

generación de energía eléctrica a través de medios hidráulicos, utilizando para tal

efecto una parte del caudal del río Cahabón.

El Proyecto Hidroeléctrico RENACE II, se encuentra ubicado inmediatamente

aguas abajo de la Casa de Máquinas de RENACE I.

El proyecto ya instalado tendrá una capacidad máxima aproximada de 114 MW de

potencia.

Las componentes que conforman el Proyecto Hidroeléctrico RENACE II son las

siguientes:

Obra de toma.

La obra de toma esta actualmente ubicada según el diseño básico del Proyecto

“RENACE II Fase 1”, aguas arriba de casa de máquinas de RENACE I,

aproximadamente en elevación 985 msnm.

La Obra de Toma consta de un Azud de derivación, el cual desvía el agua hacia el

edificio de compuertas, en donde es conducida por el canal de aducción hacia el

cuenco integrador en donde se une con el caudal que descarga Renace I. Figura 1.


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Figura 1: Obra de toma, canal de aducción, canal 1 y portal de entrada del túnel 1.

Canal de aducción y cuenco integrador.

El canal de aducción será ejecutado en hormigón armado, tendrá una longitud de

97.0 m en función de la ubicación del azud, de 4.5 metros de ancho y 5.20 metros

de altura con vigas transversales y juntas cada 25 metros, guía el agua hasta la

descarga de RENACE I.

Allí se une con la descarga de RENACE I mediante el cuenco integrador, de 8.60

metros de ancho. De este nacerá el Canal 1, para un caudal de 40 m3/s.

El cuenco integrador llevará un rebosadero lateral hacia el río, descargando sobre

él. Este rebosadero permitirá evacuar 40 m3/s en caso que la compuerta de salida

del canal 1 esté cerrada mientras el Proyecto Renace I esté en funcionamiento.

Ver Figura 1.

Canal 1.

Luego de unificar los caudales provenientes de la Obra de Toma de la descarga de

RENACE I, el cuenco integrador entrega el agua al Canal 1, este conduce el agua

una distancia aproximada de 1,291 m hacia el túnel 1. Es necesario destacar que

una de las características más importantes de este canal es el rebosadero lateral

que permite evacuar todo el caudal excedente antes de ingresar al túnel.

Este canal es de sección rectangular de 4.5 m de ancho, construido en concreto

armado y con una capacidad de conducción de 40 m3/s. Figura 2.


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Figura 2: Sección del canal 1.

Túnel 1.

Con una longitud total de conducción de 3,445 m y una sección en forma de baúl

de 6.30 m de ancho y 6.30 m de alto, su objetivo es conducir el agua desde el

canal 1 hasta la zona del embalse en donde será almacenada una parte de ella

durante las horas de menor demanda para poder utilizarla en las horas de piqueo.

Se realizó la excavación de un acceso secundario o Adits, de 136 m de longitud,

con una sección tipo baúl de 6.50 de ancho y 6.30 m de alto. Figura 3.

Figura 3: Trazado del túnel 1 y adit.


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Embalse de regulación.

El Embalse de Regulación con una capacidad máxima de almacenamiento de

118.200 m³, afecta un área de 27,400m² dentro de esta misma superficie estarán

ubicadas las obras correspondientes a desarenador y cámara de Carga. Lo que

disminuye significativamente las superficies a afectar. En la imagen a

continuación puede apreciarse la ubicación del Embalse. Figura 4.

Figura 4: Embalse de regulación, portal de salida del túnel 1 y portal de entrada del túnel 2.

Túnel 2.

Seguido al desarenado en el embalse, la conducción pasa nuevamente a lo que

denominamos túnel 2, en cual tendrá una longitud aproximada de 4030 m. La

característica principal de este túnel es que trabajara a sección llena,

convirtiéndose así en un túnel a baja presión. Figura 5.


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Figura 5: Trazado del túnel 2 y adits.

En la Tabla 6 se muestran los puntos singulares del trazado en alzado del Túnel 2.

P.K. Inicio /Cota de

Elevación

P.K. Final / Cota de

elevación

Longitud

tramo(m)

Pendiente

(%)

0+000 973.00 0+451.11 918.87 451.11 -12.00

0+451.11 918.87 1+746.67 880.00 1295.56 -3.00

1+746.67 880.00 2+157.14 880.00 410.47 0.00

2+157.14 880.00 3+143.29 845.48 986.15 -3.50

3+143.29 845.48 3+535.00 798.48 391.71 -12.00

3+535.00 798.48 4+030 796.50 495 -0.40

Tabla 6: Puntos singulares trazado en alzado del Túnel 2.

Se han diseñado dos secciones geométricas distintas en función de las presiones

hidráulicas que debe soportar el revestimiento del túnel y del recubrimiento del

mismo.

Revestimiento de concreto

Esta sección se aplicará desde el PK 0+000 al PK 3+930, es decir 3930 m. El

revestimiento será de 30 cm de concreto de concreto reforzado. La sección libre


_____________________________________________________________________________


está constituida por un arco de 2.30 m de radio y hastiales rectos a los que se

redondearán en su parte inferior. La anchura libre en el piso es de 4.20 m

En la Figura 6 se muestra la definición geométrica este sector del túnel

Figura 6: Definición geométrica del túnel revestimiento concreto reforzado. (e= 30 cm).

Revestimiento de blindaje de acero

Esta sección se aplicará desde el PK 3+930 al 4+030, es decir a lo largo de 100 m

de túnel.

La sección útil de este tramo del túnel, se encuentra constituida por una

circunferencia de 3,40 m de diámetro.

La excavación tendrá una sección en herradura con un radio de 1.85 m y un ancho

de base útil de 3.68 m con el objeto de permitir el movimiento de los equipos de

excavación. Para esta descripción no se han tenido en cuenta los espesores

asociados al sostenimiento.

En la Figura 7 se muestra la definición geométrica del túnel.


_____________________________________________________________________________


Figura 7: Definición geométrica del túnel revestimiento con camisa de acero.

Y con el objetivo de acelerar las labores de construcción del Túnel 2, se realizó la

ejecución de dos accesos secundarios o Adits. “Y como planteamiento del

problema de la presente tesis, en los siguientes apartados se detallara el estudio

para definir el diseño soporte a ejecutar en los Adits del Túnel 2 – Proyecto

Hidroeléctrico RENACE II”.

Tubería de alta presión o forzada.

La tubería de alta presión estará ubicada inmediatamente a la salida del túnel 2, en

donde la topografía exige una caída abrupta para continuar con la conducción.

Esta conducción constará de una sola tubería de acero de diámetro 3.40 m y

longitud aproximada de 200m, distribuyendo el flujo en cuatro tubos de 1.80 m de

diámetro ya en zona de casa de Máquinas.


_____________________________________________________________________________


Figura 8: Ubicación de casa de la Tubería Forzada, Casa de Máquinas y Subestación.

Casa de máquinas.

Junto al río Cahabón se ha situado la central de turbinado donde se alojan 4

turbinas Pelton con una potencia total de 114 MW, capaces de turbinar un caudal

total de 40 m³/s con un salto neto de 335 m, la casa de máquinas está ubicada a

aproximadamente en la cota 640 msnm, abarca una superficie aproximada de

5,200 m².

Subestación renace II.

En el diseño se tiene previsto una zona de aproximadamente 13,792 m² para que

pueda ubicarse cómodamente la subestación.

Ver Figura 8, se aprecia la ubicación de la Tubería Forzada, Casa de Máquinas y

Subestación.

3.2.1. Caracterización geotécnica

3.2.1.1. Caracterización de la roca intacta

El primer paso para la caracterización mecánica del macizo, es establecer las

propiedades de la roca intacta para cada uno de los litotipos diferenciados.

Para ello se ha recopilado toda la información existente de los ensayos de

laboratorio realizados anteriormente para el Proyecto RENACE II.

Los parámetros resistentes se determinan a partir de los ensayos de laboratorio

efectuados, utilizándose ensayos a compresión simple o uniaxial, ensayos de

tracción indirecta (brasileño), y los ensayos de compresión triaxial. De esta


_____________________________________________________________________________


manera, si se representan los resultados de estos ensayos en el plano σ3 - σ1 se

obtiene un punto para cada uno de ellos. Así mismo, se ha realizado una serie de

ensayos de carga puntual (PLT).

Los diferentes criterios de rotura determinan una relación funcional entre estos

puntos representativos de cada ensayo y los utilizados en este caso han sido el de

Mohr-Coulomb y el de Hoek-Brown; este último en su última revisión, publicada

el año 2005.

El criterio de Mohr-Coulomb supone una relación lineal entre σ3 y σ1, de la forma:

c31 σσλσ

Siendo la σc la resistencia a compresión simple del litotipo y λ un parámetro

relacionado con el ángulo de fricción según la ecuación:

)2

φ45(tg

φsen1

φsen1λ 2

A partir de σc y σ1 se pueden obtener el ángulo de fricción (Φ) y la cohesión del

litotipo (C) mediante la expresión:

90λtana2φ

φcos2

φsen1σC c

El criterio de Hoek-Brown supone una relación no lineal entre σ1 y σ3 de la forma:

a

ci

ci sm

''' 3

31

donde m es un parámetro que depende del ángulo de fricción, y s es un parámetro

que relaciona la resistencia a compresión simple de la roca intacta (σci) con la

resistencia a compresión simple del macizo rocoso (σcm) mediante la expresión:

a

cici

m

c s

El parámetro “a” es una constante del macizo rocoso, dada por:

3

20

15

RMR

ee6

1

2

1a

En el caso de los ensayos de laboratorio, s vale 1 ya que se trata de roca intacta, y

si se denomina mi a m, la ecuación adquiere la forma:


_____________________________________________________________________________


a

ci

ici m

1

''' 3

31

Si ahora se efectúa el cambio de variables:

x = σ3’

y = (σ1’ - σ3’)1/a

Se obtiene la siguiente relación lineal para roca intacta:

y = mi • x • σci(1/a-1) + σci 1/a

Si se asume un valor de σci fijo, determinado en este caso por los ensayos de

laboratorio, se puede obtener el valor del parámetro mi, que se utilizará más

adelante para evaluar las propiedades del macizo rocoso.

Para determinar los valores de los parámetros del criterio de plastificación, tanto

del criterio de Mohr-Coulomb como del de Hoek-Brown, se realiza una regresión

lineal de los valores σ1’ y σ3’ obtenidos de los ensayos de laboratorio. Así, para el

criterio de Mohr-Coulomb, se ajusta la recta de la fórmula anteriormente expuesta,

y para el de Hoek-Brown, en caso de roca intacta, el que se indicó en la última

expresión.

En general, estos ajustes son muy sensibles al valor de σci y, normalmente, el valor

de σci obtenido en laboratorio debería ser similar al de los ajustados para los dos

criterios de rotura. Por ello además del coeficiente de correlación la comparativa

entre σci media obtenida en laboratorio, y la estimada en ambos ajustes, constituye

un excelente criterio para evaluar la bondad del ajuste realizado.

En este caso, se parte de una resistencia a compresión simple determinada en

laboratorio, por lo que las expresiones utilizadas para estimar los parámetros son,

para el caso del criterio de Mohr-Coulomb:

90λarctan2φ ee

e

ecie

φcos2

φsen1σc

Y para el criterio de Hoek y Brown:

1

a

1

ci3

a/1

ci

a/1

i3i1e

σσ

σ'σ'σ

n

1m


_____________________________________________________________________________


Donde el subíndice "e" indica los parámetros ajustados y el subíndice "i" cada uno

de los puntos correspondientes a un ensayo, siendo n el total de los puntos σ1’ -

σ3’ considerados por litotipo.

Los coeficientes de correlación se obtienen de la expresión conocida:

2mede

2medest2

)(

)(r

El módulo relativo, o relación entre el módulo de elasticidad Ei y la resistencia a

compresión simple σci, varía en función de la litología. La Figura 9 muestra esta

relación para las Calizas.

En la Tabla 7 se muestran los valores más frecuentes del módulo relativo.

Figura 9: Clasificación de rocas intactas para las Calizas.


_____________________________________________________________________________


Tabla 7: Valores del módulo relativo (MR) Ei / σci (Deere, 1966/Palmstrom y Singh, 2001).

El valor de mi también puede asignarse a partir de la bibliografía y, en concreto,

de Hoek et al (1996). La Tabla 8 muestra valores de la constante mi para

diferentes grupos de rocas.


_____________________________________________________________________________


Tabla 8: Valores de la constante mi, para roca intacta, según grupos de rocas (Hoek et al, 1996).

3.2.1.2. Propiedades mecánicas a nivel macizo rocoso

Una vez determinadas las propiedades, a nivel de roca intacta, del litotipo

existente en la zona de estudio, deben minorarse a nivel de macizo rocoso. Para

ello, se ha asociado al litotipo 5 valores diferentes de Rock Mass Ratio (RMR), en

función al grado de fracturación del mismo, aplicando la clasificación de

Bieniawski. A continuación se expone la metodología seguida y los resultados

obtenidos.

La aplicación de la clasificación de Bieniawski en esencia consiste en asignar a

cada tipo de terreno un índice de calidad, denominado RMR que depende de:

- Resistencia a compresión simple de la roca matriz.


_____________________________________________________________________________


- Condiciones del diaclasado.

- Efecto del agua.

- Posición relativa de la excavación con respecto a las diaclasas.

Para tener en cuenta la incidencia de estos factores, se definen una serie de

parámetros, asignándoles unas determinadas valoraciones, cuya suma en cada

caso ofrece el RMR que varía entre 0 y 100.

En la Tabla 9, adjunta en la página siguiente, se muestran los criterios de

valoración para aplicar esta clasificación de Bieniawski en su versión de 2003.

La utilización del criterio de corrección según la orientación de la excavación

puede ser sustituida por el oportuno estudio de estabilidad de cuñas y bloques.

En función del RMR obtenido los macizos rocosos se clasifican en las cinco

categorías siguientes:

- Roca Muy Buena (RMR entre 81 y 100).

- Roca Buena (RMR entre 61 y 80).

- Roca Media (RMR entre 41 y 60).

- Roca Mala (RMR entre 21 y 40).

- Roca Muy Mala (RMR menor que 20).


_____________________________________________________________________________


RMR (1) RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE DE LA ROCA INTACTA

VALOR (MPa) >240 240 - 175 175 - 125 125 - 100 100 -75 75 - 50

50 -30 30 -10 < 10

VALORACIÓN 15 14 12 10 8 6 4 2 1

RMR (2+3) RQD Y ESPACIADO ENTRE DISCONTINUIDADES

JUNTAS POR m 0 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

VALORACIÓN 40 37 34 31 29 28 27 26 25 23 22 22 21 20 19 18 17 16 16 15

JUNTAS POR m 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

VALORACIÓN 15 14 14 12 12 11 11 10 10 10 9 9 9 8 8 8 8 8 7 7

JUNTAS POR m 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

VALORACIÓN 7 7 7 7 5 5 5 4 4 4 4 3

RMR(4) CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES

CONTINUIDAD < 1 m 1-3m 3-10m 10-20m >20m

6 4 2 1 0

APERTURA 0 <0,1 mm 0,1-1 mm 1-5 mm >5 mm

6 5 4 1 0

RUGOSIDAD Muy rugosa Rugosa Liger. rugosa Lisa Espejo falla

6 5 3 1 0

RELLENO Ninguno

Relleno duro Relleno blando

apertura < 5 mm apertura > 5 mm apertura < 5

mm apertura > 5

mm

6 4 2 2 0

GRADO DE METEORIZACIÓN

No afectado Ligero Moderado Alto Descompuesto

6 5 3 1 0

RMR (5) CONDICIONES HIDROGEOLÓGICAS

ESTADO Seco Lig. Húmedo Húmedo Goteando Flujo

FLUJO (l/min ּm) 0 < 1 1 - 2,5 2,5 - 12,5 > 12,5

RATIO (u/σ1) 0 < 0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 > 0,5

VALORACIÓN 15 10 7 4 0

Tabla 9: Criterios para calcular el RMR (Bieniawski, 2003).


_____________________________________________________________________________


a) Parámetros resistentes

Con el valor RMR obtenido en campo es posible minorar las propiedades

obtenidas para la roca intacta, empleando el criterio de rotura de Hoek-Brown

expresado en la ecuación:

a

ci

3ci31 s

σ

'σmσ'σ'σ

Donde m y s son dos parámetros función de la litología de la roca (mi) y del

estado del macizo rocoso caracterizado por el citado RMR. Esta dependencia

viene dada por las expresiones de Hoek et al (2005), basadas en las de Priest y

Brown (1983):

320

15RMR

D39

100RMR

D1428

100RMR

i

ee6

1

2

1a

es

emm

Siendo mi un parámetro dependiente de la litología de la roca. Su valor puede

tomarse de la bibliografía, ó determinarse, en cada caso concreto, mediante

ensayos de laboratorio.

D es un factor que depende del grado de desconfinamiento producido en la roca

por la excavación y la relajación de tensiones. Varía entre 0 para rocas inafectadas

por la excavación y 1 para aquellas que han sido muy afectadas.

La resistencia a compresión uniaxial del macizo rocoso puede obtenerse mediante

la siguiente expresión:

acic sσσ

Una vez obtenidos m y s se pueden estimar los valores de la cohesión y fricción

del macizo rocoso, ya que existe una relación para un determinado nivel de

presión de confinamiento.

La curva de resistencia intrínseca envolvente de los estados tensionales últimos

definidos por el criterio de Hoek y Brown, puede sustituirse por una recta definida

por el ángulo de rozamiento y la cohesión, para cuya linealización se han

propuesto diferentes métodos.

En general, y basándonos en la experiencia, se ha comprobado que algunos de

estos métodos obtienen unos valores excesivamente elevados para los parámetros

de cohesión y fricción. Por ello en este caso se propone seguir el ajuste para un


_____________________________________________________________________________


intervalo dado de la presión de confinamiento σ3, mediante una recta de Morh-

Coulomb secante a la curva de rotura de Hoek-Brown, que cumple con las

siguientes expresiones:

m

mcm

mm

2

3

c

3

c

3

cm

φcos2

φsen1σsC

90λarctg2φ

sσ

σm

σ

σ

σ

sσ1λ

Donde el subíndice “m” se refiere al macizo rocoso, y σ3 se toma igual a la carga

litostática del terreno.

b) Parámetros deformacionales

El módulo de elasticidad del macizo rocoso ha sido estimado desde hace muchos

años, de forma empírica a partir de numerosas correlaciones y las dos más

recientes han sido propuestas por Bieniawski et al. (2005) y Hoek (2005).

La correlación de Bieniawski-Galera (1995) relaciona el módulo a nivel de

macizo con el índice RMR y el módulo de elasticidad a nivel de roca intacta de la

siguiente forma:

Em = Ei • e((RMR-100)/36)

La correlación de Hoek-Diederichs (1996) obtiene el módulo de elasticidad del

macizo a partir del parámetro D, el módulo a nivel de roca intacta y el parámetro

GSI (asimilable al índice RMR en este caso) de la siguiente forma:

11/)2575(12

102,0

GSIDime

D

EE

3.2.1.3. Propiedades mecánicas de las discontinuidades

Seguidamente se describen los criterios de rotura basados en la estimación

sistemática de diversos parámetros en campo, tales como la rugosidad (aplicando

el índice JRC), resistencia de las paredes (índice JCS) y ángulo de fricción básico

(Φb). A continuación se presenta cómo se han obtenido estos tres parámetros.

a) Rugosidad (índice JRC)

La rugosidad de las paredes de las juntas es una componente muy importante de

su resistencia al corte, cuantificada mediante el índice JRC que varía entre 0 y 20.


_____________________________________________________________________________


Las escalas de rugosidad utilizadas en la toma de datos están representadas en la

Tabla 10.

Tabla 10: Perfiles tipo para determinar el coeficiente de rugosidad JRC de las juntas (Barton y

Choubey, 1977).

El índice JRCo (JRC a pequeña escala, generalmente para longitudes de entre 10 y

20 cm) se obtiene por comparación con los perfiles de rugosidad estándar.

Para escalas reales puede estimarse el índice JRCn (índice JRC a escala de bloque)

utilizando gráficas que relaciona la longitud L de la junta y la amplitud a de la

rugosidad en la longitud anterior con el índice JRCn.

En el caso de que no pueda obtenerse en campo los parámetros necesarios en el

gráfico anterior, puede obtenerse el índice JRCn a partir del índice JRCo,

corrigiéndolo según la longitud de la junta de esta forma:

JRCo02,0

oon L/LnJRCJRC

Donde:

JRCn = Índice JRC a escala real.

JRCo = Índice JRC a escala de laboratorio (10 a 20 cm)

Ln = longitud real de la junta.

Lo = longitud considerada a escala de laboratorio (10 a 20 cm).

Las Figura 10 ilustran cómo se considera el mencionado efecto escala.


_____________________________________________________________________________


Figura 10: Gráfica de corrección del efecto escala en juntas.

b) Resistencia de las paredes. Índice JCS

La resistencia a compresión de las paredes de las discontinuidades (JCS) es una

componente importante de la resistencia al corte de las juntas, especialmente en el

caso de juntas que no han sufrido desplazamientos y no presentan rellenos.

El índice JCSo puede obtenerse en el campo mediante el martillo de Schmidt o

esclerómetro, aplicándolo sobre la pared de la junta verticalmente hacia abajo

mediante el gráfico original de Schmidt que se muestra en la Figura 11 o bien

mediante la expresión:

Log10 JCSo = 0,00088 • γ • r + 1,01

Donde:

JCSo =Resistencia a compresión de las paredes de la junta a pequeña

escala (MN/m2).

γ = Densidad media de la roca (kN/m3).

r = Valor representativo tras 10 ensayos del rebote obtenido en el martillo.


_____________________________________________________________________________


Figura 11: Gráfica de correlación entre la dureza de Schmidt y la compresión simple.

A escala de bloque, el valor de JCSo se reduce a JCSn según la siguiente

expresión:

JRCooon LLnJCSJCS 03,0/

Donde:

JCSn = Resistencia a compresión de la pared de la discontinuidad a escala

de bloque.

Ln = Longitud de la discontinuidad a escala de bloque.

Lo = Longitud de la discontinuidad a pequeña escala (0,1 a 0,2 m).

c) Ángulo básico de fricción

El ángulo de fricción básico (Φb) en este caso se obtiene a partir de datos

bibliográficos (Coulson 1972). En este caso se ha adoptado un Φb = 35º para la

unidad geotécnica.


_____________________________________________________________________________


d) Criterio de Barton y Choubey

Se trata de un criterio empírico, deducido a partir del análisis del comportamiento

de las discontinuidades en ensayos de laboratorio, que permite estimar la

resistencia al corte en discontinuidades rugosas, expresándose de la siguiente

forma:

Donde:

τ y σ’n = son los esfuerzos tangencial y normal efectivo sobre el plano de

discontinuidad.

φr = es el ángulo de rozamiento residual.

JRCn = es el coeficiente de rugosidad de la discontinuidad corregido según

la escala.

JCSn = es la resistencia a compresión de las paredes de la discontinuidad

corregida según la escala.

En general, la pared de la junta está alterada y por lo tanto el ángulo de

rozamiento residual será inferior al ángulo de la roca sana Φb. Para su evaluación

se aplica la fórmula:

R

rbr 20º20

donde R es el valor del rebote del martillo de Schmidt sobre una superficie de

material sano y seco; r es el valor de rebote sobre la superficie de la pared de la

junta en estado natural, húmedo o seco; Φb es el ángulo de resistencia básico de la

roca, a partir de datos bibliográficos (Coulson 1972).

Con la relación de Barton y Choubey se obtienen ángulos de rozamiento muy

altos para tensiones de compresión muy bajas sobre la discontinuidad. Por ello no

debe usarse para tensiones σn tales que JCS / σn > 50, debiéndose tomar en estos

casos un ángulo de rozamiento constante independiente de la carga, con un valor

Φ tal que:

Φ = Φr + 1,7 JRC

Este es el ángulo de fricción o rozamiento básico de la discontinuidad Øb también

puede obtenerse por la expresión propuesta por Franklin.

r

n

n10nn φ

'σ

JCSlogJRCtag'στ


_____________________________________________________________________________


3.2.2. Método constructivo

Tomando en consideración las dimensiones de las secciones del túnel, este se

excavará a sección completa basándose su proceso constructivo en el Nuevo

Método Austriaco.

La excavación se realizará mediante el método de perforación y voladura. El

sistema de perforación y voladura para la excavación de túneles es una técnica

convencional que se utiliza con gran profusión debido a las numerosas ventajas

que presenta frente a los procedimientos mecanizados como son su versatilidad en

cuanto a tipos de roca y secciones de excavación, adaptabilidad a otros trabajos,

movilidad de los equipos y reducida inversión inicial.

En rocas competentes los túneles con sección de excavación inferior a 100 m2 se

pueden excavar a sección completa o en un solo paso. La excavación por fases se

utiliza para la apertura de grandes secciones donde la sección resulta demasiado

grande para ser cubierta por el equipo de perforación o cuando las características

geomecánicas de las rocas no permiten la excavación a sección completa

Considerando las características del macizo rocoso y las dimensiones de la

sección, con una altura máxima de excavación, unos 4,5 m, se ha previsto

excavar el túnel a sección completa.

El ciclo básico de excavación mediante perforación y voladura se compone de las

siguientes operaciones:

- Perforación

- Carga de explosivo

- Disparo de la carga

- Evacuación de humos y ventilación

- Saneo de los hastiales y bóveda

- Carga y transporte de escombro

- Ejecución del sostenimiento

- Replanteo de la nueva voladura


_____________________________________________________________________________


CAPITULO IV

GENERALIDADES

4.1. Clima y Vegetación

El proyecto se localiza en lo que tradicionalmente suele llamarse la zona de vida

de Holdrige del Bosque muy húmedo subtropical (frío). Esta zona se identifica

con una precipitación pluvial total anual de 2,045-2514 mm, con una temperatura

que oscila entre 16-23 ºC. No existe una estación seca sensu stricto.

La vegetación comprende árboles de pino de la especie (Pinusmaximinoi), en

forma natural con plantas epifitas en el sobresuelo y buena variedad de orquídeas.

4.2. Fisiografía

En cuanto a la fisiografía de Guatemala es variada y la comprende 11 provincias

que son: Cinturón Plegado del Lacandon, Depresión de Izabal, Depresión de

Motagua, Montañas Maya, Pendiente volcánica reciente, Planicie costera del

Pacífico, Plataforma sedimentaria de Yucatán, Tierras altas cristalinas, Tierra altas

Sedimentarias, Tierras altas Volcanicas y Tierras bajas interiores de El Petén.

El departamento de Alta Verapaz está dentro de la provincia fisiográfica Tierras

altas Sedimentarias, a nivel local distinguimos dos unidades fisiográficas, siendo

una de ellas la Sierra Plegada de Chamá, ubicada al norte y constituye el eje

central norte del país, desde en Huehuetenango hasta el norte de Izabal, pasando

por Quiché y Alta Verapaz. Luego se tiene, la zona Montañosa Cobán-Senahú, se


_____________________________________________________________________________


extiende desde Tactic hacia el norte de Purulhá, del departamento de Baja

Verapaz y Tucurú y Senahú en Alta Verapaz y contiene montañas de Tactic

Tucurú-Senahú, también incluye cerros y lomas cársticas de Cobán Cahabón.

4.2.1. Relieve

El relieve que abarca la zona de proyecto, comprende topografías planas (1200

msnm) hasta sectores montañosos (2600 msnm). Compuesto por cerros y lomas

de contornos redondeados, también se encuentra una gran cantidad de sumideros o

dolinas conocidas en la región como siguanes, accidentes típicos de una

topografía cárstica.

4.2.2. Hidrografía

Para el agua superficial de esta parte de la cuenca del río Cahabón es el río del

mismo nombre el nivel base del sistema de drenaje y el que se utiliza para el

proyecto, cuyo caudal de diseño es de 40 m3/s.

Para la caracterización hidrológica de las aguas superficiales para el proyecto, la

estación Chajcar lo define muy bien, y tiene un registro que va por lo menos de

1963 a 2011, usaremos los datos de este registro 1963-2011 (proporcionados por

el proyecto RENACE I) para efectos de caracterizar el recurso hídrico para el

mismo.

Del Proyecto “RENACE I han calculado la estacionalidad para la obra de toma

del proyecto RENACE II, representado por los caudales diarios mensuales, que se

muestran en la Figura 12. (Fuente: Proyecto RENACE I, 2002).

Figura 12: Caudales diarios mensuales estimados a la obra de toma del proyecto RENACE II. La línea

verde corresponde a los caudales del período húmedo de la serie, la línea café al período seco y la línea

azul corresponden al comportamiento medio de la serie de caudales estimados. Según la gráfica, para el

año húmedo el caudal de diseño se cubre el 50% del tiempo estimado, durante la año seco no se cubre

naturalmente y, se tienen que el caudal de diseño se cubre en un 25% con el comportamiento diario

mensual de estos valores. (Fuente: Proyecto RENACE II, 2012).


_____________________________________________________________________________


4.2.3. Hidrogeología

El sistema acuífero existente en el área de estudio está formado por las rocas

sedimentarias del Cretácico, compuestas por calizas y dolomías, con extensas

áreas de circulación kárstica, lo que hace que muestre complejos sistemas de

circulación subterránea asociados a grandes cavernas y fracturas.

Los niveles de agua subterránea normalmente son profundos y muy variados. En

las partes altas de la cuenca el agua subterránea se aprovecha por medio de pozos

excavados, pozos perforados y manantiales; en las partes bajas el

aprovechamiento es escaso, y algunas áreas se caracterizan por su alto contenido

en sulfatos y carbonatos, lo que las hace poco aptas para el consumo humano y

animal.

4.3. Geomorfología

La zona de estudio posee la típica topografía kárstica, formada por rocas

sedimentarias calcáreas. Este hecho, unido a las condiciones climáticas de la

región y a los procesos erosivos, ha permitido el desarrollo de formas específicas,

como torres kársticas, cuevas, cenotes, siguanes, mogotes, sistemas de cuevas y

ríos subterráneos, que tienen su origen en los sistemas de pliegues y fallas

existentes.

Aproximadamente el 80% del área presenta un karst de tipo cónico, mientras que

el restante es de tipo torres. En la fotografía 3 se observa un ejemplo de una torre

Kárstica en rocas de la Formación Chóchal, aldea Tzalamilá. Mientras que en la

fotografía 4 se observa un cerro cónico en la Formación Cobán, camino cerca de

la aldea Xicacao.

Fotografía 3: Torre Kárstica en rocas de la Formación Chóchal, aldeaTzalamilá.


_____________________________________________________________________________


Fotografía 4: Cerro cónico en rocas de la Formación Cobán, camino a la aldea Xicacao.

El desarrollo de los karsts tiene un fuerte control estratigráfico y estructural. De

este modo, la densidad de dolinas es mucho mayor en la Formación Cobán

Superior. Esto sugiere que el contenido en dolomita en la Formación Cobán

Inferior posiblemente disminuye su potencial kárstico.

Este relieve kárstico ocasiona una baja densidad de drenaje fluvial, con la pérdida

total de drenaje superficial.

Por otra parte, el endokarst en el interior del macizo rocoso es prácticamente

desconocido. Sin embargo, se supone la presencia de cavidades y cavernas

métricas a decamétricas, como ha podido observarse en los resultados del

reconocimiento geofísico realizado en la zona.


_____________________________________________________________________________


CAPITULO V

GEOLOGÍA REGIONAL

La zona objeto de estudio se encuentra en la parte central de Guatemala, sobre el

Río Cahabón, municipio de San Pedro de Carchá, departamento Alta Verapaz.

Desde el punto de vista geológico, se sitúa en la denominada Cordillera Central de

Guatemala, que constituye una de las cuatro provincias geológicas principales en

que se divide Guatemala. Dicha cordillera se caracteriza por ser un área de

pliegues y cabalgamientos que afectan a rocas sedimentarias cretácicas de

naturaleza calcárea, denominadas Formación Cobán.

En el plano 2 se muestra a grandes rasgos el encuadre geológico regional donde

se encuentra ubicada nuestra área de estudio. (Fuente Instituto Geográfico

Nacional, 1970).


_____________________________________________________________________________


Plano 2: Mapa Geológico de Alta Verapaz. (Fuente: Instituto Geográfico Nacional, 1970).


_____________________________________________________________________________


La Cordillera Central Guatemalteca forma parte del sistema de cordilleras que se

extienden desde México hasta las Islas de la Bahía en Honduras y consiste en un

cinturón de pliegues y cabalgamientos de rocas plutónicas, metamórficas y

sedimentarias. Las rocas y materiales dentro de la Provincia consisten, en la parte

meridional, en esquistos, gneises, mármoles, serpentinitas y granitos del

Paleozoico-Mesozoico. En su parte septentrional consisten en rocas mesozoicas

que incluyen calizas, dolomías, areniscas y limolitas con un plegamiento de menor

intensidad.

5.1. Litoestratigrafía

Regionalmente, la columna estratigráfica es conformada por rocas sedimentarias,

rocas intrusivas básicas y depósitos cuaternarios, con edades que varían del

Pérmico hasta el Cuaternario reciente. Las rocas sedimentarias que afloran en el

estudio regional comprenden en la base la Formación Tactic, seguida de la

Formación Chóchal, Todos Santos, Cobán, Campur y Sempur. También se

presentan rocas intrusivas de edad del Cretáceo inferior que afectan la Formación

Sempur. Sobreyaciendo se presenta rocas sedimentarias del Grupo Peten y

finalmente los depósitos Cuaternarios, consistente en depósitos de suelos,

pomáceos eólicos, en parte redepositadas y depósitos aluvionales.

La descripción de las unidades litoestratigráficas se detallan a continuación:

5.1.1. Formación Tactic (Pi-t)

Se encuentra distribuida sobre la parte sur del área de estudio, principalmente en

el municipio de San Cristóbal Verapaz y Tactic, formando una franja con

orientación este-oeste que llega hasta el valle del Río Polochic. La Formación

consiste de lutitas de color café y negro y lodolitas con capas locales de cuarcita y

dolomita. Localmente las lutitas son filíticas y en algunas zonas donde la erosión

ha cortado profundamente en la formación, afloran pizarras y metacuarcitas

(Millan, 1985).

De acuerdo con Walper (1960); Richards (1963) y Anderson et al., (1973) la

Formación Tactic es de edad Pérmica ya que los fósiles en las capas de caliza de

la parte superior de la formación indican esa edad.

5.1.2. Formación Chóchal (Pm-ch)

La Formación Chóchal se restringe al área sur, formando un cinturón orientado en

dirección este-oeste desde el área central sur del municipio San Cristóbal Verapaz,

Tactic y Senahú de Alta Verapaz, encontrándose bien dispersa a lo largo del sur

de las zonas de falla Río Chixoy-Polochic.

Litológicamente, la Formación Chóchal consiste de dolomitas y calizas masivas,

estratificadas, formadoras de escarpes, variando de color que van de gris-negro

amarillento-medio a gris oscuro. Ocurren en zonas altamente fosilíferas con un

alto contenido de fusulínidos, corales, braquiópodos, gasterópodos, crinoides,

esponjas y algas.


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Existe un contacto litológico marcado con la formación Tactic haciéndose hacia el

oeste más gradual donde se intercala con la Formación Esperanza (Walper, 1960).

La determinación de la edad de la formación Chóchal fue realizada por Vachard y

otros (1977), en base a fusulínidos y algas del Leonardiano-Roadiano, pero con

varios notables diacronismos.

5.1.3. Formación Todos Santos (JK-ts)

Esta formación se encuentra alojada en pequeñas áreas en los municipios de

San Cristóbal Verapaz y Tactic. Consiste de areniscas conglomeráticas,

limolitas y lutitas terrosas de color rojo, con un cuerpo lenticular de estratos de

caliza marina presente localmente en la parte superior de la secuencia (Millan,

1985). Debido a la escasez de fósiles en la parte inferior de la formación Todos

Santos, existe algo de incertidumbre en cuanto a su edad exacta, que ha sido

variadamente asignada de Triásico tardío a Jurásico tardío (1962). De la misma

manera, aunque la edad de la porción marina superior de la Formación ha sido incierta, la fauna que contiene indica una edad transicional Jurásico tardío

Cretácico temprano (Millan, 1985).

5.1.4. Formación Cobán (Kim-co)

La formación se localiza en la parte central y norte del departamento de Alta

Verapaz, ocupando gran parte de su extensión. Sapper (1899), dio el nombre de

Cobán a una gruesa secuencia de carbonatos y evaporitas del Cretácico cerca de

Cobán, Alta Verapaz (Millan, 1985). Sin embargo esta secuencia he

posteriormente dividida por Fourcade et al., (1994) en dos miembros:

a) Miembro dolomítico inferior: Consistente de dolomitas oscuras, algunas veces

cristalinas, calizas dolomíticas con contenido de miliólidos, y ocasionalmente

algunas listas de calizas créticas, capas de brechas métricas de origen evaporítico;

y

b) Miembro de caliza superior: Compuesta por lodolita, calizas mudstone

,wackestone o packestone con algunas listas de dolomitas y brechas, con

elementos que pueden llegar a los 20 cm en tamaño. Litológicamente los

elementos de estas brechas son idénticos con la roca caja. La parte superior de este

miembro es de caliza de color claro y contiene fósiles distintivos, tales como

Rudistas y foraminíferos grandes Dicyclina schlumbergeri, Pseudorhapydionina

sp. y Valvulammina picardi.

La edad de la Formación Cobán es Aptiano-Santoniano (Fourcade y otros, 1994).

5.1.5. Formación Campur (Km-ca)

La Formación Campur fue definida por Vinson (1962), cerca de la aldea Campur

al norte de Alta Verapaz. Consiste de calizas color gris, café-grisáceo a marrón de

grano fino, con menor cantidad de dolomita y localmente está interestratificada

con láminas delgadas de lutita, limolita y brecha de caliza o conglomerado. La


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formación Campur es muy fosilífera (rudistas y miliólidos) con fauna típica de

antearrecife; característica típica que la diferencia de la Formación Cobán.

Fourcade et a1.,(1999), determinaron que las calizas con rudistas de la Formación

Campur, aflorantes en la localidad tipo, son de edad Campaniana Temprano-

Tardío.

5.1.6. Formación Sepur (KsTi-se)

La formación Sepur fue nombrada por Sapper (1899), basándose en un lugar

llamado Sepur, cerca del municipio de Lanquín y la aldea Campur. Ocurre en una

banda orientada generalmente este-oeste, a través de Guatemala, encontrándose en

los departamentos de Alta Verapaz, Baja Verapaz, Izaba1 y El Petén.

Está compuesta de arcillas de color café, lutitas, areniscas y margas,

interestratificadas con lentes de caliza. Cerca del municipio de Lanquín (Alta

Verapaz) se compone de conglomerados y areniscas gruesas, con fragmentos de

cuarcitas (Millán, 1985). Fourcade et a1.,(1994), le da una edad de Maastrichtiano

a la base de la Formación Sepur.

5.1.7. Formación Caribe (Ts-c)

Su ocurrencia varía entre el Mioceno y Plioceno. Su distribución está restringida a

áreas pequeñas, principalmente a sinclinales. Consiste principalmente de lutitas,

limolitas, areniscas, conglomerados ricos en cuarzo, calizas de agua fresca y capas

fosilíferas ricas en ostrácodos.

5.1.8. Rocas igneas básicas (Ki)

Este tipo de rocas ocurren a lo largo de las fallas activas Polochic y Motagua y

consisten de grandes cuerpos de rocas ofioliticas, serpentinas Cretácicas, basaltos

toleíticos y escasos cherts radiolarios. Cuerpos alóctonos importantes de estas

rocas componen la Sierra de Santa Cruz, al norte del Río Polochic y una parte de

la Sierra de las Minas, tendencia este-oeste, entre Purulhá y Tactic.

Dentro de la Zona de Sutura del Motagua, Becalluva et. al. 1994 identificaron

como unidades ofiolíticas: a)Unidad de la Sierra de Santa Cruz, b) Unidad Baja

Verapaz, c) Unidad del Norte de la Falla del Motagua, d) Unidad Juan de Paz y e)

Unidad al Sur de la Falla del Motagua.

5.1.8.1. Unidad de la Sierra de Santa Cruz (Ki-s)

Geológicamente la Unidad de la Sierra de Santa Cruz (SSC), se localiza al norte

de la Falla Polochic, está claramente cabalgando las secuencias carbonáticas-

terrígenas del Bloque Maya, mayormente sobre la Formación Sepur. La unidad de

la SSC está compuesta de harzburgitas mantíferas serpentinizadas, gabros

estratificados y basaltos. Estas rocas deben ser del Cretácico inferior en edad,

generalmente toda la secuencia está deformada y raramente es bien reconocible;


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se subdivide en porciones tectónicas cortadas por fallas de alto ángulo (Becalluva,

et. al, 1994).

5.1.9 Depósitos cuaternarios (Q-al)

Las principales formaciones de edad Reciente que se encuentran dentro del

departamento son: depósitos de suelos, pomáceos eólicos, en parte redepositadas y

depósitos aluviales; estos dos últimos predominan en la parte suroriental del

departamento de Alta Verapaz. Los depósitos aluviales más importantes de la

parte norte del departamento se encuentran en los poljes y en áreas al norte de la

laguna Lachuá y en el vértice del Chixoy.

La columna estratigráfica regional se ilustra en la Figura 13. (Fuente: Elaboración

Propia).

Figura 13: Columna estratigráfica regional. (Fuente: Elaboración propia).


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CAPITULO VI

GEOLOGÍA LOCAL

Se realizaran obras en superficie y subterráneas, y es muy importante e

imprescindible realizar una geología local de detalle. Con la información

recopilada, interpretación de las imágenes satelitales de Google Earth y el trabajo

de campo, se ha realizado una cartografía geológico-geotécnica a escala 1/2.000,

en el que se recogen todos los datos tomados en campo, como son el tipo de

litología, las estaciones geomecánicas, fallas y fracturas, estados de meteorización

del macizo rocoso, puntos de afloramiento, y depósitos de suelos (coluvio-

eluviales, aluviales, etc.).

A continuación se realizara la descripción de las unidades geológicas.

6.1. Litoestratigrafía

6.1.1. Formación Cobán (Kim-co)

El área geológica de influencia de nuestro proyecto corresponde al miembro

superior de la Formación Cobán, que comprende calizas y brechas calcáreas.

En estas rocas se diferencian dos facies, las rocas carbonatadas, principalmente

calizas y en menor proporción dolomías en niveles masivos y estratificados (Ver

Fotografía 5). La otra facies es una brecha calcárea de disolución, con estructura

masiva.


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Calizas

Esta unidad se compone de calizas tipo mudstone, wakestone y packestone.

Generalmente de color gris a la intemperie y beige a café en fractura fresca. En

algunas localidades se pueden encontrar calizas cristalinas y dolomías. Niveles

estratigráficos fosilíferos de rudistas y miliolidos se pudieron distinguir en algunas

localidades. Se pudieron reconocer especímenes, que se presume, corresponden

con las especies Nummuloculina Heimi y Pseudorhapydionina Chiapanensis.

(Ver Figura 14).Ambas especies son indicadoras de un medio sedimentario de

plataforma marina interna, de dominio infratidal. Estas especies son usadas para

datación relativa; su rango estratigráfico indica que las rocas se formaron en el

periodo Albiano-Cenomaniano (112-98 m.a.)

Este contenido fosilífero se puede usar como criterio para correlacionar estas

calizas con el miembro superior de la Formación Cobán.

Fotografía 5: A) Lineamientos en el cerro marcan la estratificación de las calizas, en este caso buzando

al sur. B) Afloramiento de calizas mostrando una pequeña secuencia de estratos cuyo espesor varía de

30 a 50 cm.

Figura 14: Calizas con Pseudorhapydionina chiapanensis y Nummoloculina heimi, Formación Cobán

Superior (cuadrángulo Cobán). Tomado de S. Morán, 2005.

Brechas calcáreas

Las brechas calcáreas forman cuerpos, aparentemente masivos, entre las calizas.

Están compuestas por fragmentos angulares y subangulares, mal clasificados, de


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tamaños centimétricos a decimetricos, pudiendo alcanzar 30 centímetros de

diámetro (Ver Fotografía 6). La matriz presenta recristalización de calcita y

granos carbonaticos tamaño limo y arena. Entre los clastos dominan los

fragmentos de mudstone, pero se pueden encontrar fragmentos de packestone

conteniendo bioclastos de origen desconocido y fragmentos de rudistas.

La composición y morfología de los clastos sugieren un proceso de disolución y

brechificación por colapso de rocas carbonatadas. Estos depósitos se forman

típicamente en ambientes sub-mareales a intermareales, con alternancias de

episodios de sedimentación en condiciones supramareales y evaporación.

Fotografía 6: A) Bloque de brecha que muestra fragmentos de mudstone, con vetillas de calcita. B)

Afloramiento de brecha calcárea mostrando fragmentos mayores a 15 cm, angulosos a subangulosos.

Se espera que a lo largo del túnel 2, se corte principalmente Calizas estratificadas,

y Brechas calcáreas aproximadamente en el tramo 3+300 al 4+000.

Se han realizado perfiles geológico-geotécnicos de los adit 2 y 3 a escala 1/1000

(Apéndice I), y con los resultados de la tomografía eléctrica en el trazado de los

túneles principales y estudio del plano la geología local, se interpreta:

Adit 2: Se excavara íntegramente en la calizas del miembro superior,

distinguiendo dos zonas de dolinas entre los PK´s 0+145 A 0+175 y en la zona de

entronque 0+355 A 0+377, esta última es controlada estructuralmente por una

falla.

Adit 3: Así también este Adit se excavara en calizas del miembro superior de la

Fm. Cobán, identificando una zona de dolina en el emportalamiento del Adit.

6.1.2. Depósitos cuaternarios (Q)

6.1.2.1. Depósitos coluvio-eluviales (Q-cl-el)

Dentro de esta unidad se han incluido los suelos coluvio-eluviales existentes en la

zona de estudio. Estos materiales, procederían de la alteración del sustrato rocoso

subyacente, y recubrirían las laderas de las dolinas y mogotes. Por otra parte, este

depósito, constituye una unidad con un grado de compacidad variable,


_____________________________________________________________________________


generalmente creciente con la profundidad. Son suelos de naturaleza

fundamentalmente arcillosa, de tonalidades marrones y rojizas, en cuyo seno se

engloban fragmentos rocosos del tamaño grava a bloques, de naturaleza calcárea.

En las siguientes fotografías se puede observar el aspecto de este recubrimiento de

naturaleza coluvio-eluvial (Ver Fotografía 7).

Fotografía 7: Suelos coluvio-eluviales detectados durante la excavación de los taludes de

emportalamiento del Adit 3.

6.1.2.2. Depósitos aluviales (Q-al)

Materiales de naturaleza aluvial, asociados al Río Cahabón (restringidos, en este

caso, estrictamente al propio cauce del río), constituidos por gravas y bloques

heterométricos, englobados en una escasa matriz de naturaleza arenosa. Las rocas

son de calizas y lutitas (Ver Fotografía 8).


_____________________________________________________________________________


Fotografía 8: Depósitos aluviales, conformado por rocas de calizas y lutitas redondeado a bien

redondeado, con una matriz arenosa color gris. Fotografía toma desde aguas arriba, cerca al Azut.

El siguiente plano (Plano 3) es la cartografía geológica geotécnica, realizada

durante la campaña de reconocimiento para la elaboración del proyecto del

TUNEL 2.


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Plano 3: Planta Geológica-Geotécnica. (Fuente: Subterra Ingeniería).


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En la Figura 15 se muestra la columna estratigráfica local. (Fuente: Elaboración

propia).

Figura 15: Columna estratigráfica local del área de estudio. (Fuente: Elaboración propia).

6.2. Geología estructural

La Figura 16 muestra las principales estructuras geológicas que se han

identificado en el cuadrángulo Cobán. Basado en geología regional e intuición se

puede elaborar el siguiente modelo hipotético. El área parece haber sido afectada

por lo menos por dos eventos tectónicos. El primer evento está caracterizado por

fallas de desplazamiento de rumbo sinistral con la zona de falla de Cobán y la

zona de falla de Chilax siendo las principales. Los principales centros urbanos se

localizan en valles aluviales que parecen representar cuencas “pull-apart”. Estos

valles se han interpretado como poljes y se ubican en las zonas de menor esfuerzo,

donde las fallas presentan deflexiones a rumbo. Los anticlinales y sinclinales

identificados por Walper (1960) parecen representar zonas transpresionales cuyos

ejes se localizan a 30º con respecto a las principales zonas de falla. Como

resultado de este evento transpresional también se formaron fallas dextrales que se

ubican a 60º con respecto a la falla sinistral. El evento más reciente está

caracterizado por fallas extensionales de rumbo norte-sur y fracturas N30-40W.

Se midió la orientación de 588 fracturas con objeto de determinar cuáles son las

orientaciones dominantes (Figura 17). La Figura 15.A permite establecer la

presencia de cuatro sistemas de fracturas bien desarrollados: a) fracturas E-W, b)

fracturas N50-60E relacionadas a fallamiento de rumbo, c) fracturas extensionales

N-S, y d) fracturas N30-40W. Se midieron lineamientos de dolinas y segmentos

rectos de ríos los cuales se muestran en la roseta de lineamientos (Figura 15.B).

La comparación de ambas rosetas permite inferir que ha existido un desarrollo

dominante de dolinas a lo largo de los cuatro sistemas de fracturamiento.


_____________________________________________________________________________


Figura 16: Diagrama que muestra las principales estructuras geológicas del cuadrángulo de Cobán.

(Fuente: Cuadrángulo de Cobán-San Pedro Carcha).

Figura 17: Roseta de frecuencia para fracturas (A) y dolinas y ríos (B). (Fuente: Cuadrángulo de

Cobán-San Pedro Carcha).

6.2.1. Estructura

Las principales unidades estructurales que se presentan en el área del proyecto son

las siguientes:

6.2.1.1. Fallas y/o fracturas

Durante la realización del recorrido geológico - geotécnico y la revisión de las

imágenes satelitales de Google Earth se reconocieron en el área de estudio una

importante red de fallas y fracturas cuya ubicación ha quedado plasmada en la

planta geológica-geotécnica a escala 1/2.000.

Esta red puede agruparse en tres sistemas principales de fracturas (acordes con la

estructura regional) con las siguientes orientaciones:

- Un primer sistema, ampliamente representado, de orientación NNW-SSE a

NW-SE.


_____________________________________________________________________________


- Un segundo sistema con orientación NE-SW.

- Y un tercer sistema, con menor representación y dirección media E-W,

cuya orientación varía a lo largo del área estudiada.

6.2.1.2. Familias de juntas

Con objeto de estudiar a escala de afloramiento las juntas o diaclasas existentes en

el macizo rocoso se han realizado once estaciones geomecánicas a lo largo del

trazado, que contienen un mínimo de veinte medidas de discontinuidades cada una

de ellas.

Para cada discontinuidad se han obtenido los principales parámetros que

caracterizan la fracturación, concretamente:

- Rumbo y buzamiento.

- Espaciado entre planos.

- Continuidad o persistencia de los planos de la discontinuidad.

- Rugosidad de la cara de la junta medida con el índice JRC (Joint

Roughness Coefficient).

- Apertura de la junta.

- Espesor y tipo de relleno.

- Presencia de agua.

- Resistencia a compresión en las caras de la junta mediante el índice JCS.

Para la agrupación de cada discontinuidad en familias se ha utilizado el programa

DIPS, de Rockscience (Canadá).

Las medidas tomadas en campo se han representado mediante proyección

estereográfica en falsilla equiangular y utilizando el hemisferio inferior, para

obtener su distribución, a partir de la cual se obtienen, mediante análisis

estadístico, isolíneas de densidad de polos. Posteriormente se obtiene, a partir de

dichas concentraciones de polos, los polos medios que corresponden a las

direcciones medias de fracturación.

En la Figura 18 se muestran los contornos de polos para todas las estaciones, y en

la Figura 19 los planos medios correspondientes a las seis familias principales

que se deducen del análisis.

Como se observa en las figuras anteriores, en la zona de estudio pueden

diferenciarse seis familias de juntas principales que se han denominado S0, J1, J2,

J3, J4 y J5.

Una vez determinada la representatividad del patrón de fracturación deducido de

las orientaciones, se ha procedido a cuantificar los parámetros característicos de

cada familia de juntas. De esta forma, las Figuras 20, 21, 22 y 23 muestran el

rango de variación de cada familia de juntas frente al espaciado, la continuidad, la

rugosidad y la apertura de las juntas.


_____________________________________________________________________________


Figura 18: Contornos de polos medidos en todas las estaciones geomecánicas.

Figura 19: Planos medios de las seis familias principales de discontinuidades.


_____________________________________________________________________________


Figura 20: Rango de variación del espaciado para cada familia de discontinuidades.

Figura 21: Rango de variación de la continuidad de las juntas para cada familia de discontinuidades.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

>2,0 0,6-2,0 0,06-0,6 <0,06

VALOR MEDIO DE ESPACIADO (m)

S0

J1

J2

J3

J4

J5

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

>10,0 3,0-10,0 1,0-3,0 <1

VALOR MEDIO DE CONTINUIDAD (m)

S0

J1

J2

J3

J4

J5


_____________________________________________________________________________


Figura 22: Rango de variación de la rugosidad (índice JRC) para cada familia de discontinuidades.

Figura 23: Rango de variación de la apertura de juntas para cada familia de discontinuidades.

A continuación se expone, de forma resumida, las características de cada una de

las familias de juntas consideradas.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

>14,0 10,0-14,0 6,0-10,0 <6,0

VALOR MEDIO DE RUGOSIDAD JRC (10)

S0

J1

J2

J3

J4

J5

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

>5,0 1,0-5,0 <1

VALOR MEDIO DE APERTURA (m)

S0

J1

J2

J3

J4

J5


_____________________________________________________________________________


Familia S0

Se trata de la familia de juntas que constituye la estratificación, muy bien

representada en la zona de estudio, concretamente, se presenta en nueve de las

once estaciones geomecánicas realizadas.

Su dirección de buzamiento medio es de 054º y su buzamiento medio de 37º, las

dispersiones en la dirección de buzamiento son de 36º y de 30º en el buzamiento.

Presenta espaciados predominantes entre 0,06 y 0,6 m (91,7 % de las juntas de la

familia), lo que indica que se trata de juntas medianamente separadas a próximas,

mientras que el 8,3% restante poseen un espaciado de 0,6 a 2,0 metros,

consideradas como juntas separadas.

Su continuidad lateral varía de un rango entre 1 – 3 m, en el 75 % de los casos, a

estar comprendida en un rango entre 3 – 10 m, en el 25% de la familia de juntas,

tratándose de juntas de continuidad baja a media.

Presenta un coeficiente de rugosidad ligeramente rugoso, con un porcentaje del

81% de las juntas con un índice JRC comprendido entre 6 y 10, mientras que en el

19% restante las juntas son rugosas, con un índice JRC comprendido entre 10 y

14.

La apertura de las juntas se considera abierta a moderadamente ancha, con un

73% de las juntas con apertura mayor a 5 mm y el 27% una apertura entre 1 – 5

mm.

Las juntas pertenecientes a la familia S0 se encuentran ligeramente húmedas.

Familia J1

La familia J1 está registrada en cinco de las once estaciones geomecánicas,

concretamente en las estaciones EG-3, EG-5, EG-8, EG-9 y EG-11.

Su dirección de buzamiento medio es de 146º y su buzamiento medio de 35º, las


Presenta espaciados entre 0,06 y 0,6 m, lo que indica que se trata de juntas

medianamente separadas a próximas.







14.


_____________________________________________________________________________




mm.

Las juntas pertenecientes a la familia J1 se encuentran ligeramente húmedas.

Familia J2

La familia J2 se detecta en seis de las once estaciones geomecánicas realizadas.

Su dirección de buzamiento media es de 078º, y su buzamiento medio de 68º, las










14.

La apertura de las juntas se considera moderadamente ancha, con una apertura

mayor a 5 mm.


Familia J3

La familia J3 se presenta en siete de las once estaciones geomecánicas realizadas.

Su dirección de buzamiento media es de 164º, y su buzamiento medio de 75º, las

dispersiones de la dirección de buzamiento son de 115º y de 13º en el buzamiento.




menor a 1 metro en el 14% restante, tratándose de juntas de continuidad baja a

muy baja.




14.


_____________________________________________________________________________




mm.


Familia J4

La familia J4 está registrada en tres de las once estaciones geomecánicas.

Su dirección media de buzamiento es de 224º y su buzamiento medio de 64º, las


El espaciado de esta familia de juntas está comprendido entre 0,06 y 0,6 m,

tratándose por lo tanto de juntas medianamente separadas a próximas.


menor a 1 metro en el 33% restante, tratándose de juntas de continuidad baja a

muy baja.




14.



mm.


Familia J5

La familia J5 está registrada en cuatro de las once estaciones geomecánicas.

Su dirección media de buzamiento es de 323º y su buzamiento medio de 48º, las


Presenta espaciados predominantes entre 0,06 y 0,6 m (75% de las juntas de la

familia), lo que indica que se trata de juntas medianamente separadas a próximas,

mientras que el 25% restante poseen un espaciado de 0,6 a 2,0 metros,

consideradas como juntas separadas.

Su continuidad lateral se encuentra dentro del rango entre 1 – 3 m, tratándose de

juntas de continuidad baja.



7% restante las juntas son rugosas, con un índice JRC comprendido entre 10 y 14.


_____________________________________________________________________________



75% de las juntas con apertura mayor a 5 mm y el 25% restante una apertura entre

1 – 5 mm.


En la Tabla 11 se muestra el resumen de las principales características de las

diferentes familias de juntas presentes en las calizas de la Formación Cobán.

FAMILIA

ORIENTACIÓN DE LAS JUNTAS CARACTERÍSTICAS DE LAS JUNTAS

Dirección

buzamiento (º)

Dispersión

dirección de

buzamiento (º)

Buzamiento (º)

Dispersión

buzamiento (º)

Espaciado (m)

Continuidad (m)

Rugosidad (JRC)

Apertura (mm)

Rango

% Rang

o % Rango % Rango %

S0 054 36 37 30

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 8.3 10-3 25.0 14-10 19.4 5-1 72.7

0,6-

0,06

91.7 3-1 75.0 10-6 80.6 <1 27.3

<0,06 0.0 <1 0.0 <6 0.0 - 0.0

J1 146 25 35 10

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 0.0 10-3 20.0 14-10 21.4 5-1 80.0

0,6-

0,06 100.0

3-1 80.0

10-6 78.6

<1 20.0

<0,06 0.0 <1 0.0 <6 0.0 - 0.0

J2 078 24 68 8

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 0.0 10-3 16.7 14-10 26.7 5-1 100.

0 0,6-

0,06

100.0 3-1 83.3 10-6 73.3 <1 0.0

<0,06 0.0 <1 0.0 <6 0.0 - 0.0

J3 164 115 75 13

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 0.0 10-3 0.0 14-10 22.2 5-1 85.7

0,6-

0,06

100.0 3-1

85.7 10-6

77.8 <1

14.3

<0,06 0.0 <1 14.3 <6 0.0 - 0.0

J4 224 23 64 27

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 0.0 10-3 0.0 14-10 15.8 5-1 33.3

0,6-

0,06 100.0

3-1 66.7

10-6 84.2

<1 66.7

<0,06 0.0 <1 33.3 <6 0.0 - 0.0

J5 323 29 48 18

>2 0.0 >10 0.0 >14 0.0 >5 0.0

2-0,6 25.0 10-3 0.0 14-10 6.7 5-1 75.0

0,6-

0,06

75.0 3-1 100.0 10-6 93.3 <1 25.0

<0,06 0.0 <1 0.0 <6 0.0 - 0.0

Tabla 11: Orientación y características de las familias de discontinuidades.


_____________________________________________________________________________


6.3. Sismicidad

De acuerdo con las Normas Estructurales de Diseño recomendadas para la

República de Guatemala, AGIES NR-2: 2000 Demandas Estructurales,

Condiciones del Sitio y Niveles de Protección, en su capítulo 3 de Aspectos

Sísmicos, el proyecto hidroeléctrico de Renace II se ubica en la zona 3, muy

próximo al límite con la zona 4.1 según el mapa de macrozonificación sísmica de

Guatemala (Figura 24). Por ello se ha considerado adecuado adoptar una

aceleración sísmica básica máxima de 0,35g a nivel de basamento rocoso,

correspondiente a un periodo de retorno de 475 años, de acuerdo a los rangos de

aceleraciones máximas efectivas para el sismo básico recomendados para las

zonas 3 y 4.1, como puede observarse en la Figura 25.

Figura 24: Situación del área de estudio dentro del mapa de zonación macrosísmica de Guatemala.


_____________________________________________________________________________


Figura 25: Aceleraciones máximas efectivas para el sismo básico y para el sismo frecuente.

6.4. Geología económica

Los principales recursos minerales que se han utilizado en la cuenca son las

calizas y el yeso. Las calizas fueron usadas extensamente por los mayas tanto en

construcción de edificios como en estelas. En la actualidad su principal uso es

como áridos para caminos y carreteras y como fuente de cal para la construcción.

El yeso se ha trabajado a escala local únicamente debido a que el costo del

transporte sería muy alto, además de existir depósitos más accesibles y cercanos a

carreteras en los departamentos de Alta Verapaz y Chiquimula.


_____________________________________________________________________________


CAPÍTULO VII

DESARROLLO DEL TEMA DE TESIS

El túnel 2 tendrá una longitud total de 4.030 m, desde la progresiva 0+000 al

4+030. Y con el objetivo de acelerar al máximo las labores de construcción del

túnel 2 inicialmente se contempló la construcción de tres accesos intermedios o

adit, cuyas características se presentan en la Tabla 12. Finalmente la construcción

del Adit 1 ha sido desestimada por lo que en el presente documento y planos

asociados al mismo no habrá referencia alguna a dicho Adit no obstante, y con el

objeto de evitar confusiones se ha mantenido la nomenclatura inicial siendo los

accesos intermedios a ejecutar el Adit 2 y el 3

En lo referente al trazado en alzado de los Adits, se ha se diseñado en base a los

siguientes criterios.

- Limitación de la pendiente máxima del túnel a 12° con el objetivo de

facilitar las labores de construcción del mismo.

- Dotación de cobertera suficiente para no suponer un condicionante sobre

la estabilidad de la excavación.


_____________________________________________________________________________


Ataques intermedios Intersección con

el túnel

Longitud

(m) Pendiente

Adit 2 2+000 377 -12.43

Adit 3 3+400 277 -13.47

Tabla 12: Características de los Adits del Túnel 2.

El trazado horizontal ha sido diseñado en base a los siguientes criterios:

- Disminución máxima de la intersección o afección con las dolinas

presentes en el área de implantación.

- Minimización de la afección sobre el túnel de las fallas presentes en el área

de implantación.

- Minimización de la longitud del trazado

PK inicio Pk fin Longitud

(m) ALIENACION RADIO

0+000.00 0+026.26 26.26 RECTA -

0+026.26 0+077.15 50.89 CURVA +50

0+077.15 0+268.28 191.13 RECTA -

0+268.28 0+315.43 47.15 CURVA +50

0+315.43 0+377.00 61.57 RECTA -

Tabla 13: Puntos singulares trazado en planta Adit 2.

PK inicio Pk fin Longitud

(m) ALIENACION RADIO

0+000.00 0+189.86 189.86 RECTA -

0+189.86 0+234.18 44.32 CURVA -30

0+234.18 0+277.00 42.82 RECTA -

Tabla 14: Puntos singulares trazado en planta Adit 3.

En las Figuras 26 y 27 se pueden observar en planta y perfil la propuesta diseñada

para la construcción de las obras subterráneas de la Central Hidroeléctrica.


_____________________________________________________________________________


Figura 26: Trazado en planta.

Figura 27: Perfil longitudinal.


_____________________________________________________________________________


7.1. Sección geométrica

Para el proceso de diseño las secciones de excavación se han considerado los

siguientes criterios:

Minimización del volumen de excavación.

Adopción de formas redondeadas en el área de clave que faciliten la

formación del arco de descarga.

Permitir la circulación de maquinaria lo que condiciona unas dimensiones

mínimas para la anchura de excavación y gálibo libres.

Facilitación de los procesos constructivos, adoptando soleras planas y

hastiales rectos.

La excavación tendrá una sección en forma de baúl de 6.50 m de ancho por 6.50

m de alto interior.

En la Figura 28 se muestra la definición geométrica del adit.

Figura 28: Definición geométrica de los Adit 2 y 3. (Fuente: Subterra Ingeniería).

En los siguientes apartados se presentan los cálculos realizados para la definición

de los sostenimientos de los Adits del Túnel 2 – Proyecto Hidroeléctrico

RENACE II.

7.2. Metodología del dimensionamiento

Para poder diseñar el sostenimiento de un túnel la primera operación a realizar es

dividirlo en tramos homogéneos desde el punto de vista de su comportamiento

tensodeformacional y asignar a cada uno de esos tramos unas secciones tipo de

sostenimiento. Una vez realizado este paso, generalmente se sigue una


_____________________________________________________________________________


metodología progresiva, que aplica sucesivamente diferentes criterios y

procedimientos, en el siguiente orden

- Clasificaciones geomecánicas: métodos empíricos basados en la

experiencia en otros túneles, que dan un prediseño muy ajustado del

sostenimiento a instalar.

- Métodos analíticos: el método analítico de las curvas características,

también denominado convergencia-confinamiento, Panet (1985), permite

superar algunas de las deficiencias que presenta la aproximación mediante

las clasificaciones geomecánicas.

- Cálculo de bloques: basados en la teoría de bloques, que determina dónde

pueden existir bloques peligrosos en un macizo rocoso interceptado por

diferentes discontinuidades. Los bloques se forman por la intersección de

juntas y fracturas en el macizo rocoso. Estos cálculos son complementarios

a los métodos numéricos.

- Métodos numéricos: una vez predefinidos los sostenimientos con los

criterios basados en las clasificaciones geomecánicas, se aplican métodos

basados en el análisis de simulaciones numéricas utilizando códigos de

elementos de contorno.

El dimensionamiento de las secciones de sostenimiento para las secciones

tramificadas según RMR se realiza considerando las recomendaciones de Barton

así como la experiencia acumulada en obras y proyectos similares. Posteriormente

se realiza la validación de estas secciones a través del resto de procedimientos de

cálculo desarrollados.

La asignación de sostenimientos para secciones singulares de los túneles como

podrían ser los emboquilles, las zonas de entronque y las zonas karstificadas se

realiza en base a la experiencia acumulada en obras y proyectos similares siempre

tomando en consideración las características particulares de la singularidad así

como las propiedades geomecánicas del macizo rocoso en la zona en cuestión

Son muchos los esquemas de clasificación geomecánica de macizos rocosos que

se han desarrollado desde que Ritter, en 1879, intentara formalizar un método para

el diseño de túneles. La mayoría de los métodos de clasificación

multiparamétricos (Wickham, Bieniawski, Barton, etc.) se han desarrollado para

su uso en obra civil, introduciendo todo tipo de componentes de la caracterización

geotécnica del macizo rocoso.

De todas las clasificaciones existentes en la bibliografía, las dos más extendidas y

desarrolladas son el Sistema Rock Mass Rating RMR de Bieniawski y el Sistema

Q de Barton. De ellos, el sistema de Barton es el más utilizado habitualmente,

pues presenta una definición muy precisa de sostenimientos, adaptados a cualquier

terreno, tamaño de la excavación e importancia relativa de la obra proyectada.


_____________________________________________________________________________


Los métodos analíticos se basan en el empleo de la formulación clásica de la

teoría de la elasticidad aplicada al terreno, analizando un problema bidimensional

en deformación plana, considerando un túnel circular y un terreno indefinido,

homogéneo e isótropo. Con carácter general se suelen estudiar tres casos: medio

elástico y tensiones iniciales isótropas, medio elástico y tensiones iniciales

anisótropas y medio elastoplástico con tensiones iniciales isótropas

Para el presente caso dado el escaso recubrimiento existente en los trazados de los

túneles no se ha considerado apropiado el empleo de los métodos análiticos pues

el método convergencia-confinamiento aporta resultados suficientemente

aproximados a partir de recubrimientos en el entorno de los 150 m.

Por lo que respecta a los cálculos de bloques de roca, estos son cálculos

meramente cinemáticos de la estabilidad de bloques de roca, considerando su peso

y la resistencia al corte de las juntas o discontinuidades que singularizan dichos

bloques. En este proyecto se ha empleado el programa de Rocscience,

UNWEDGE.

Por último los métodos numéricos permiten la ejecución de cálculos tenso

deformacionales, muy afinados tal como se presenta más adelante. En este

proyecto se ha empleado el programa FLAC 2D.

7.2.1. Prediseño de sostenimiento a partir de la clasificación geomecánica

Basándose en un gran número de casos históricos de excavaciones subterráneas,

Barton, del Instituto Noruego de Geotecnia, propuso el Índice de Calidad de

Construcción de Túneles (Q) para la determinación de las características de los

macizos rocosos y los requerimientos de sostenimiento.

El valor de Q varía en una escala logarítmica desde 0,001 hasta 1.000, estando

definido como:

Q =RQD

Jn

JrJa

JwSFR

Donde:

RQD = Índice RQD.

Jn = Parámetro función del número de juntas.

Jr = Parámetro función de la rugosidad de las juntas.

Ja = Parámetro función del grado de alteración de las juntas.

Jw = Parámetro función de la presencia de agua en las juntas.

SRF = Parámetro función del nivel tensional que sufre la roca.


_____________________________________________________________________________


El índice Q de Barton también se puede calcular relacionándolo con el RMR de

Bieniawski, mediante la expresión (Barton 1995):

15

50RMR

10Q

Para diseñar el sostenimiento a instalar, Barton utiliza las dimensiones de la

excavación a realizar y el tipo de uso que se va a dar a la obra (ESR) para definir

la “Dimensión equivalente” (De) de la excavación

De =B

ESR

Donde:

B = anchura de la excavación (m)

ESR = parámetro función del nivel tensional que se obtiene de la tabla

mostrada a continuación en función del uso que se vaya a dar a la excavación.

Conocidos la “Dimensión equivalente” y el valor Q, el sostenimiento a utilizar se

puede estimar mediante el ábaco, presentado por Grinstad y Barton (1993) y que

se muestra en la Figura 29 En la Tabla 15 se presentan los valores recomendados

para el ESR.


_____________________________________________________________________________


Figura 29: Determinación, aproximada, del sostenimiento de un túnel (Fuente: Grinstad y Barton,

1993).

CLASE TIPO DE EXCAVACIÓN E.S.R.

A Excavaciones mineras temporales. 3-5

B Pozos verticales de sección circular. 2,5

C Excavaciones mineras permanentes, túneles hidráulicos, túneles

piloto, pozos planos, excavaciones iniciales en las de gran sección. 1,6

D Cavernas de almacenamiento, plantas de tratamiento de aguas,

túneles carreteros y ferroviarios de sección media. 1,3

E Cavernas hidroeléctricas, túneles de gran sección, excavaciones

militares, emboquilles túneles. 1,0

F Instalaciones nucleares, estaciones de ferrocarril e instalaciones

industriales. 0,8

Tabla 15: Evaluación del E.S.R. (Fuente: Grinstad y Barton, 1993).

Para la aplicación del índice Q en diseños sísmicos de sostenimientos, Barton

(1984) propone incrementar el valor del SRF en un 100 %, lo que grosso modo se

traduce en una reducción del valor habitual de Q a la mitad:


_____________________________________________________________________________


Q (diseño sísmico) = ½ Q (diseño estático)

En términos de presión de sostenimiento, esta regla supone incrementar su valor

en un 25 %, como se ilustra en la Figura 30 adjunto:

Figura 30: Reducción sísmica del valor de Q para obtener un aumento del 25% en la presión de

sostenimiento.

Barton recomienda que este incremento en la presión del sostenimiento se

materialice a base de pernos, cerrando la malla e incrementando la longitud si fuese necesario. La razón que indica para esta recomendación es que de ese modo

se limitan los movimientos en las diaclasas, y con ello también se limitan los

posibles incrementos de filtraciones tras los terremotos.

7.2.2. Análisis de caída de bloques

En túneles excavados en terrenos competentes fracturados, pueden producirse

problemas de estabilidad, asociados a las juntas del macizo rocoso, que

independicen cuñas susceptibles de caer al hueco creado.

En general, este problema de cuñas se da también en los macizos rocosos menos

competentes, pero en estos casos el sostenimiento dispuesto para asumir la

plastificación del terreno cubre con creces las necesidades derivadas de la caída de

bloques en los terrenos de RMR < 50.

7.2.2.1. Programa unwedge

Para el análisis de la estabilidad de bloques de roca se ha empleado el programa

UNWEDGE (Versión 3.0, año 2003). Se trata de un programa desarrollado por la

Universidad de Toronto (Rock Engineering Group) para el análisis de la

geometría y estabilidad de cuñas en excavaciones subterráneas.


_____________________________________________________________________________


El análisis que realiza el programa UNWEDGE se basa en la asunción de que las

cuñas, definidas por tres planos de junta que se intersecan, están sometidas sólo a

fuerzas gravitacionales derivadas de su peso; es decir, se desprecia el efecto del

estado tensional alrededor de la excavación, lo cual está en la mayoría de los casos

del lado de la seguridad.

Las hipótesis y simplificaciones que deben asumirse, para realizar este análisis

son las siguientes:

- El análisis es válido para excavaciones en terreno competente donde no se

produzca plastificación apreciable.

- Las juntas que definen las cuñas se consideran suficientemente persistentes

y perfectamente planas y situadas de forma que las cuñas que se analizan

son las máximas que se pueden formar en el túnel.

- La excavación tiene sección constante.

El programa permite considerar cohesión y fricción en las juntas, aunque también permite obtener las propiedades de las juntas a partir de datos de campo según el

criterio de Barton–Bandis.

Se analiza el efecto del sostenimiento, a base de pernos (de anclaje puntual o

repartido), y/o con concreto lanzado, que se comprueba al corte según la teoría del

“falling block”.

Finalmente, es posible la visualización de las cuñas formadas y evaluación de los

factores de seguridad.

7.2.2.2. Propiedades de las juntas

Las propiedades geomecánicas de las discontinuidades necesarias para la

realización de los cálculos, han sido determinadas a partir de las estaciones

geomecánicas realizadas.

El programa UNWEDGE 3.0 permite calcular la resistencia al corte de una junta o

familia de juntas a partir de medidas tomadas en campo, utilizando para ello el

criterio de rotura de Barton –Bandis, que se expresa:

Donde:

- τ y σ’n son los esfuerzos tangencial y normal efectivo sobre el plano de la

discontinuidad.

- El índice JRC define la rugosidad de la junta, y el índice JCS, la

resistencia a compresión simple en las paredes de las juntas, obteniéndose

con el martillo de Smidth.

b

n

n

JCSJRCtg

'log' 10


_____________________________________________________________________________


- b es el ángulo de fricción básico de la roca, obtenido de Tablas

bibliográficas.

Para las juntas se han considerado las propiedades geomecánicas que se

especifican a continuación:

Para RMR>65

- Angulo de rozamiento: 32º

- Cohesión: 1 t/m2

- Persistencia 5,0 m

Para 35<RMR<65

- Angulo de rozamiento: 32º

- Cohesión: 0,0 t/m2

- Persistencia 12,0 m

Por otra parte, las estaciones geomecánicas permiten definir zonas a lo largo del

túnel con patrones de fracturación similares.

En la Tabla 16 se presentan las orientaciones de las principales familias

identificadas para el entorno del área de implantación de los túneles.

FAMILIA

DE

JUNTAS

BUZAMIENTO

(º)

DIRECCIÓN

BUZAMIENTO

(º)

J1 37 54

J2 35 146

J3 68 78

J4 84 145

J5 40 229

J6 59 334

Tabla 16: Características de las familias de juntas representativas en el entorno del túnel.


_____________________________________________________________________________


7.2.3. Modelización numérica en elastoplasticidad

Para el cálculo en elastoplasticidad de la estabilidad de las secciones tipo

propuestas se ha recurrido a la simulación numérica. Para ello, se han resuelto los

modelos discretos bidimensionales por el Método de Diferencias Finitas mediante

el programa FLAC.

El Método de las Diferencias Finitas presenta ciertas ventajas respecto al Método

de los Elementos Finitos en el estudio de problemas inestables, en los que la

matriz de rigidez generada en el Método de los Elementos Finitos no es invertible.

El método de las Diferencias Finitas, al ser una formulación explícita, que se

resuelve por iteraciones, permite seguir la evolución del problema hasta el

colapso. Evidentemente, si el problema tiene solución, ambos métodos convergen,

sin diferencias apreciables, hacia los mismos resultados.

Si por el contrario no existe el equilibrio, los cálculos con Elementos Finitos se

abortan sin dar información alguna, mientras que los de Diferencias Finitas

ofrecen toda la historia hasta poco antes del colapso.

7.2.3.1. Programa de cálculo

El programa utilizado en la modelización numérica por el Método de las

Diferencias Finitas es el programa FLAC (Versión 6.0, año 2.008) de ITASCA

CONSULTING GROUP INC. (Minneapolis, Minnesota), que permite simular el

comportamiento de suelos, rocas y otros materiales estructurales que se ajustan a

modelos elásticos, elastoplásticos y viscoelásticos, en dos dimensiones. También

son posibles análisis térmicos o de flujos de agua con posibilidad de interacción

mecánica con el terreno.

La forma de la excavación o estructura puede ser ajustada por el usuario

prácticamente sin limitaciones. En el código del programa FLAC se contempla la

posibilidad de modelizar estructuras como pantallas, vigas, pernos y anclajes que

interaccionan con el terreno y facilitan el análisis de los efectos de estabilización

que dichos elementos estructurales tienen sobre excavaciones subterráneas o

superficiales.

También es posible modelizar interfases que dotan al modelo continuo de la

facilidad de simular juntas o fallas de comportamiento singular, o bien,

rozamientos entre la estructura y el terreno cuando la estructura se modeliza como

continuo en vez de elementos estructurales.

El programa FLAC permite utilizar uno cualquiera de los siete modelos

constitutivos mecánicos:

1. Isótropo

2. Plasticidad (Mohr-Coulomb)

3. Vacío (para simular excavaciones)


_____________________________________________________________________________


4. Elástico, Transversalmente isótropo

5. Juntas ubícuotas

6. "Strain-Softening" (o reblandecimiento)

7. Visco elasticidad

Y dos tipos de elementos: cuadrilateral de 4 nodos y lineal de 2 nodos.

En la resolución del modelo numérico construido para el del túnel se ha utilizado

el modelo constitutivo de Mohr-Coulomb. La formulación que el programa FLAC

hace del problema asume un sólido elastoplástico perfecto, en deformaciones

planas, de acuerdo con la ley de fluencia según Mohr-Coulomb y una ley de flujo

no asociado. El criterio de fluencia viene dado por:

N 2c + N - = f 21

y el potencial plástico está dado por:

N 2c + N - = g 21

donde:

c : Cohesión

φ: Ángulo de fricción

ψ : Ángulo de dilatancia

)sen - (1

)sen + (1 : N

)sen - (1

)sen + (1 : N

σ1 : Tensión principal mayor

σ2 : Tensión principal menor

El programa trabaja determinando los incrementos de tensiones en elasticidad en

los ejes x e y: σxx, σyy, σxy, y los transforma en tensiones principales con las que

entra en las ecuaciones anteriores. A continuación realiza las correcciones

plásticas en función de la dirección de las tensiones principales, de y del criterio de fluencia si f < 0. Posteriormente, se vuelven a transformar las tensiones

principales en σxx, σyy y σxy, volviéndose a repetir el proceso.


_____________________________________________________________________________


7.2.3.2. Condiciones de contorno

En toda simulación numérica no basada en elementos infinitos, es necesario

establecer unos límites al modelo. De esta manera se asegura que el efecto de los

bordes del mismo no distorsione las zonas que son objeto de la modelización. El

establecimiento de dichos límites en el modelo obliga a fijar unas condiciones en

ellos, bien de desplazamiento, bien de presiones.

En general, en problemas en que el modelo llega a la superficie, es preferible

definir las condiciones de contorno fijando los desplazamientos.

Frecuentemente, se realiza en primer lugar una pasada de asentamiento para

establecer el estado de tensiones "in situ" en todos los elementos del modelo. Este

estado suele aceptarse generalmente que está definido por:

h . g . = yy

donde:

σyy : Tensión vertical

ρ: Densidad del terreno

g: Aceleración de la gravedad

h: Altura de las tierras

σxx = Kyx · σyy : Tensión horizontal en la dirección contenida en el plano del

modelo

σzz = Kyz · σyy: Tensión horizontal en la dirección del eje perpendicular al modelo

Kyx, Kyz: Coeficientes de reparto de tensiones horizontales

Los coeficientes de reparto de tensiones empleados en el modelo se han estimado,

y sus valores son:

Kyx = 0.75

Kyz = 0.75

7.2.3.3. Propiedades de los terrenos

En el presente apartado se presentan las propiedades de los terrenos que han sido

utilizadas en los cálculos.

Las propiedades elastoplásticas de los terrenos han sido determinadas a partir de

los ensayos “in situ” y de laboratorio que se han realizado para la caracterización

geotécnica.


_____________________________________________________________________________


Para el modelo constitutivo Mohr-Coulomb, el programa FLAC requiere las

siguientes propiedades elastoplásticas para cada uno de los materiales:

- Módulo volumétrico ("Bulk"):K

- Módulo de corte ("Shear"):G

- Cohesión:c

- Ángulo de fricción:φ

- Densidad:ρ

El módulo volumétrico ("K") y el módulo cortante ("G") se pueden obtener a

partir del módulo de Young ("E") y el coeficiente de Poisson (""), aplicando las siguientes expresiones:

)2-(1 3

E =K

)+(1 2

E =G

Para la determinación de las propiedades de cálculo de los materiales rocosos, se

han estimado en primer lugar las propiedades resistentes de la roca intacta de los

distintos litotipos: parámetro mi del criterio de rotura de Hoek-Brown, resistencia

a compresión simple (σci), densidad (ρ) y coeficiente de Poisson (); y se han minorado convenientemente en función del índice de calidad del macizo rocoso

(RMR de Bieniawski) para establecer los parámetros característicos de cálculo del

macizo rocoso.

7.2.3.4. Propiedades de los elementos estructurales

A continuación se describen las principales propiedades empleadas para la

modelización de los elementos estructurales que intervienen en el sostenimiento

de los túneles.

La simulación del sostenimiento de hormigón proyectado, que se ha discretizado

mediante elementos tipo “beam” que son elementos bidimensionales con 3 grados

de libertad por nodo (2 desplazamientos y 1 rotación).El parámetro más

importante para representar el comportamiento del hormigón de sostenimiento es

su módulo elástico, puesto que ha de reproducir el proceso de fraguado que se

produce simultáneamente a su puesta en carga por el avance del túnel. Se han

considerado los siguientes valores de módulo de elasticidad el cual se muestran en

la Tabla 17:


_____________________________________________________________________________


TIPO DE

ELEMENTO

E

Corto plazo

(MPa)

E

Largo

plazo

(MPa)

Hormigón

proyectado 12.000 15.800

Tabla 17: Propiedades de cálculo asignadas al hormigón proyectado.

Los bulones de anclaje repartido empleados como sostenimiento, han sido

modelizados con elementos tipo “cable”, que son elementos unidimensionales de

2 nodos por elemento y un grado de libertad por nodo (1 desplazamiento coaxial

al cable), comportamiento elástico con resistencia a tracción y acoplamiento

elásto-plástico al mallado. Se les han asignado las propiedades mostradas en la

Tabla 18.

TIPO DE

ELEMENTO

E

(MPa)

A

(cm2)

Acero 210.000 3,27

Tabla 18: Propiedades de cálculo asignadas a los bulones.

Para las secciones que incluyen marcos metálicos se ha modelizado el conjunto

hormigón proyectado-marco como un elemento tipo beam. Las propiedades

asignadas a los marcos se resumen en la Tabla 19.

TIPO DE

ELEMENTO

E

(MPa)

A

(cm2)

I

(m4)

Marco reticulado 210.000 10,4 218,3e-8

Tabla 19: Propiedades de cálculo asignadas a los marcos reticulados.

7.2.3.5. Simulación del efecto frente en 2d

La modelización de un túnel en una sección bidimensional está plenamente

justificada salvo en las inmediaciones del frente de excavación, donde el efecto

del núcleo de terreno que constituye el frente, ejerce un papel activo de

sostenimiento que, en sentido estricto, sólo se puede cuantificar con total precisión

con un modelo de tres dimensiones.

Sin embargo, la simulación del efecto frente cuando se modelizan problemas

planos, puede realizarse suponiendo que, en las inmediaciones del frente, actúa

una presión radial en el perímetro de la excavación que tiende a contrarrestar la

ejercida por el terreno; o bien, suponer que el núcleo de roca varía su módulo de

elasticidad con la distancia al frente.


_____________________________________________________________________________


En el presente proyecto se ha utilizado la fórmula de Panet para calcular la presión

radial del núcleo. Panet propone que la presión radial ejercida por el núcleo, que

hace el papel de sostenimiento transitorio, puede calcularse mediante las

expresiones siguientes:

P ) - (1 = P o1

m ) - (1 + = oo

e - 1 = mr . 0,7

x -

i

donde:

ri es el radio de la excavación

x es la distancia al frente

y en caso de medios elásticos y excavaciones circulares,

3

1 0

En la Figura 31 se ilustra el efecto de estabilización transitoria que el núcleo de la

excavación ejerce sobre el túnel.


_____________________________________________________________________________


Figura 31: Efecto del frente en la estabilidad de la excavación.

7.3. Desplazamiento del terreno

En la mayor parte de la longitud de un túnel es previsible que el terreno se

comporte cuasi-elásticamente y por ello los movimientos que se produzcan

después de la excavación serán milimétricos y, además, 1/3 de su magnitud se

habrá producido por delante del frente de avance.

Po

i

A

A

i

i

i

i = Po

i = s + 0,66 · Po

i = s + 0,16 · Po

i = s + 0,01 · Po

i = s

SECCION A-A

s Presión radial de sostenimiento

o Presión de campo

R Radio de la excavación

>3R

3R

R


_____________________________________________________________________________


Por ello las habituales medidas de convergencia tendrán en este caso un valor

puramente testimonial y, consecuentemente, las estaciones de medida de

convergencia podrán colocarse mucho más espaciadas que en los casos anormales.

Por el contrario, en los tramos de terreno de mala calidad, la respuesta tenso –

deformacional del terreno a la distribución de tensiones que genera la excavación

es plástica con deformaciones apreciables y no lineales. Por ello en este caso se

esperan fuertes convergencias, que serán de orden centimétrico.

En estos tramos la medida de la convergencia será de vital importancia para

comprobar la eficacia del proceso constructivo y la bondad de los cálculos

previamente realizados. Por ello, en estos tramos, las estaciones de medida de

convergencia deberán situarse más próximas entre ellas y estas medidas deberán

complementarse con medidas de las presiones totales que actúan sobre los

elementos de sostenimiento.

Así debe comprobarse la cuantía de la convergencia para que esta no supere en

general el 1 % en relación al diámetro de la excavación y sobre todo, su velocidad,

evaluando si esta tiende a la estabilización o por el contrario, está descontrolada y

pudiera provocar el colapso de la excavación.

En el siguiente apartado se establece el Plan de auscultación asociado a las

excavaciones a efectuar estableciendo los mecanismos de auscultación, intensidad

de las mediciones, criterios de alarma y procedimientos de actuación

correspondientes.

7.4. Plan de auscultación

De acuerdo al contenido del apartado anterior, básicamente con medir la

convergencia que se produce después de la excavación, se puede comprobar la

estabilización de la sección y, sobre todo, es posible comparar las medidas reales

con las previsiones de los cálculos para, en el caso de que exista una divergencia

significativa, modificar el sostenimiento que se está utilizando.

En los apartados siguientes se presentan los criterios adoptados sobre: disposición

de las estaciones de medida, precisión y frecuencia de las medidas, así como su

interpretación.

7.4.1. Medida de convergencias

Las medidas de convergencia son muy fáciles de realizar y la instrumentación que

se necesita es muy poco costosa. Por ello, incluso con comportamientos elásticos

del terreno, es conveniente prever la realización sistemática de estas medidas.

En la Fotografía 9 se puede observar la metodología y toma de datos.


_____________________________________________________________________________


Fotografía 9: Vista general de la ejecución de mediciones de convergencia.

7.4.2. Disposición de la estaciones de medida de convergencia

Las estaciones de medida de convergencia constarán de dos o tres puntos de

referencia; dos en los hastiales y uno en su caso en clave. Las estaciones se

colocarán sistemáticamente cada 25 m de túnel excepto en zonas conflictivas y

emboquilles en donde se reducirá la distancia entre estaciones hasta los 5 m.

En todos los casos, los puntos de referencia para la medida de convergencias se

colocarán lo más próximo posible al frente. A ser posible esta distancia será de

uno o dos pases de excavación. Los puntos de convergencia en los hastiales se

colocarán a 1,0 m de altura respecto de la rasante de los túneles. En el caso de los

pozos se colocarán en puntos diametralmente opuestos y manteniendo una

alineación para las distintas secciones de convergencia.

Se realizara las mediciones de convergencia con el empleo de una cinta

extensométrica, con dispositivo de tensión incorporado, que permita una precisión

de 0,1 mm en una luz de 15 m.

Todos los puntos de referencia que, por cualquier causa, resulten inutilizados,

serán repuestos lo antes posible.

7.4.3. Toma de medidas y frecuencia de las mismas

El origen de medidas en estas secciones, no debe exceder en ningún caso 24 horas

respecto al paso de la excavación en el lugar donde se instalen, debiendo ser

colocadas en obra a una distancia en general de uno o dos pases de avance,

respecto a la última frente excavada.


_____________________________________________________________________________


La densidad de la toma de medidas vendrá condicionada fundamentalmente por la

calidad geomecánica del terreno en el que se coloquen las secciones de

convergencia, la magnitud de la deformación medida y por la evolución de la

pendiente de la curva deformación tiempo en los distintos tramos a los que ésta

puede asociarse.

Una vez instalada se tomará, lo antes posible, una medida origen. A partir de ahí,

en principio, la frecuencia de medida a seguir será la siguiente:

- Una medida diaria, durante la primera semana después de su instalación.

- Una medida cada tres días, entre la segunda y tercera semana después de

su instalación.

- Una medida semanal, entre la cuarta y sexta semana después de su

instalación.

- Una medida mensual, a partir de la séptima semana tras su instalación y

hasta su estabilización definitiva (velocidad 0.01 mm/día).

Una vez que tres medidas consecutivas señalen una velocidad inferior a 0.01

mm/día, la sección se dará por estabilizada y se dejará de medir.

Las medidas se representarán en un gráfico tipo deformación tiempo, donde a

priori pueden diferenciarse tres tramos derivados de la alteración introducida por

la excavación; inmediatamente después del paso de la excavación se produce una

desestabilización reflejada en una mayor pendiente de deformación en ese primer

tramo. Posteriormente se presenta un segundo tramo donde la pendiente va

disminuyendo hasta hacerse prácticamente nula. En el tercer tramo, que sigue al

anterior, la deformación se estabiliza y la curva tiene una pendiente prácticamente

nula, apreciándose en ellas las deformaciones a largo plazo que en general son

bajas, comparadas con las que han tenido lugar anteriormente.

Las pendientes de los tramos y el tiempo de estabilización dependen, en cada

caso, de las características del terreno, profundidad del túnel, soporte colocado y

sistema de excavación, así como de la distancia al frente de excavación de la

sección de convergencia.

De esta forma se tendrá un control de todo el túnel, en todo momento, necesario

por si existiesen desestabilizaciones posteriores para detectarlas y tomas las

medidas necesarias para su corrección.

Como se ha indicado en el apartado anterior, las medidas de convergencia se

tomarán utilizando una estación total.

7.4.4. Criterios de la interpretación de las convergencias

Para la interpretación de las curvas de convergencia se establecen los siguientes

criterios indicadores de alarma para proceder a un análisis detallado y a las

actuaciones oportunas para su corrección.


_____________________________________________________________________________


- Pendiente máxima de deformación. No debe ser superior a 5 mm/día en

períodos superiores a una semana.

- Siempre que la curva aumente de velocidad (pendiente) en algún punto de

la misma, se considerará como caso de inmediato análisis.

- El tiempo de estabilización normal se considera que debe estar

comprendido entre 20 y 30 días después del paso de la excavación por el

punto kilométrico donde está instalada la sección de medida.

- Una vez que la curva está estabilizada, cuando se observan aumentos de la

deformación que no sean debidos a causas justificadas, se considerará

como señal de alarma.

- Las deformaciones pequeñas y continuas, mantenidas a lo largo del

tiempo, que sobrepasen el periodo normal de estabilización, deben ser

objeto de análisis. En principio, en ningún caso se debe sobrepasar una

deformación acumulada del 1 % de la anchura de excavación.

Como se ha señalado anteriormente, una vez que tres medidas consecutivas

señalen una velocidad inferior a 0.01 mm/día, la sección se dará por estabilizada y

se dejará de medir.

7.4.5. Plan de contingencia

En el caso de que se supere uno de los dos valores de umbral límite señalados en

el apartado anterior:

- convergencia superior al 1 % de la anchura de excavación.

- velocidad de convergencia superior a 5 mm/día.

Se analizará específicamente:

- la calidad geomecánica del macizo rocoso.

- el proceso constructivo, la cantidad y calidad del soporte aplicado.

Y se decidirá una de las dos actuaciones siguientes:

- intensificar las medidas de monitoreo.

- reforzar la sección de sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


CAPITULO VIII

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En los siguientes apartados se describen de forma general los materiales desde el

punto de vista geotécnico.

De acuerdo a esto se han diferenciado una única unidad geotécnica.

Miembro superior de la Formación Cobán

En esta unidad litoestratigráfica es donde se excavará el túnel de conducción.

Esta formación se encuentra formada principalmente por calizas de moderada a

intensamente fracturadas (Grado III-IV) las cuales presentan una elevada

karstificación.

8.1. Caracterización de la roca intacta

Para esta unidad se ha obtenido un valor de densidad aparente de 2,35 g/cm3, la

cual se considera representativa para esta unidad.

De acuerdo con los resultados de los ensayos de laboratorio los valores de la

resistencia a compresión simple obtenidos muestran valores muy variables entre

99 y 526 kp/cm2, lo que hace pensar que no se hayan diferenciado las roturas que

se han producido a favor de discontinuidades. Se considera representativo de esta

unidad un valor de la resistencia a compresión simple de 40 MPa.


_____________________________________________________________________________


Realizando un ajuste por medio de la relación Ei/ci gráfica se obtiene un valor del

módulo de deformación de 35.000 MPa que queda dentro de los rangos medios

establecidos para este tipo de materiales.

Por último, en la Tabla 20 se muestra el resumen de los parámetros a nivel de

roca intacta.

Densidad (g/cm3) ci (MPa) Ei (MPa) Mi

2,35 40 35.000 0,30 10

Tabla 20: Parámetros a nivel de roca intacta de la Formación Cobán.

8.2. Propiedades mecánicas a nivel macizo rocoso

Se han realizado 11 estaciones geomecánicas en la unidad. En base a los datos

disponibles, se ha estimado que el RMR medio para esta formación está entre 43 y

62 (roca media), con un valor medio de 57 representativo de la roca sana y de 45

para el macizo alterado y fracturado.

En la Tabla 21 se presentan las principales características de las estaciones

geomecánicas.

ESTACIÓN

GEOMECÁNICA

COORDENADAS

U.T.M. UNIDAD

RECONOCIDA

RMR

1

RMR

(2+3)

RMR

4

RMR

5

RMR

(1+2+3+4+5) OBJETIVO

X Y

EG-1 538.921 1.716.128 Calizas 4 29 12-19 10 55-62 Portal de

entrada túnel 2

EG-2 538.883 1.716.159 Calizas 4 28 12-17 10 54-59 Portal de

entrada túnel 2

EG-3 539.242 1.716.263 Calizas 2-4 27 14-16 10 53-57 Adit 1

EG-4 539.612 1.716.476 Calizas 2-4 27 14-17 10 53-58 Túnel 2

EG-5 542.529 1.715.601 Calizas 2-4 25 9-15 10 46-54 Portal de salida

túnel 2

EG-6 542.397 1.715.584 Calizas 2-4 26 10-17 10 48-57 Portal de salida

túnel 2

EG-7 541.405 1.715.927 Calizas 2-4 25 14-17 10 51-56 Túnel 2

EG-8 541.155 1.716.031 Calizas 2-4 23 14-17 10 49-54 Túnel 2 / Adit 2

EG-9 540.904 1.716.165 Calizas 2-4 28 12-17 10 52-59 Adit 2

EG-10 540.214 1.716.413 Calizas 2-4 23 10-19 10 45-56 Túnel 2

EG-11 539.600 1.716.482 Calizas 2-4 27 8-17 10 47-58 Túnel 2

Tabla 21: Situación y principales características de las estaciones geomecánicas realizadas.


_____________________________________________________________________________


Resistencia

Los parámetros resistentes de cohesión y fricción del macizo rocoso se han

calculado mediante el programa RocLab. En función a la variación del RMR

obtenida se han establecido cinco secciones tipo diferentes para el macizo rocoso,

por lo tanto se han realizado los cálculos para cada una de dichas secciones tipo,

teniendo en cuenta un recubrimiento máximo de 150 m, con cálculos cada 50 m

de profundidad.

Para el cálculo se ha considerado un factor de alteración D=0.4 excepto en zonas

de falla (RMR <30) que se ha tomado un valor de D=0.

En la Tabla 22 se muestran los resultados obtenidos al procesar los datos con el

programa RocLap.

PARÁMETROS DE LA FORMACIÓN COBÁN SUPERIOR (CALIZAS) CRITERIO DE

HOEK-BROWN

AJUSTE

MOHR-

COULOMB

SECCIÓN

TIPO

RECUBRIM.

MEDIO (m)

(γa)

(g/cm3)

σci

(MPa)

Ei

(MPa)

σcm

(MPa)

Em

(MPa) mi D mb s A C(MPa) φ(°)

ST-1

(RMR=65)

50

2.35 40 35000

8.24 14064.07

10

0.4

2.096 0.0113 0.502

0.65 53

100 0.78 49

150 0.90 46

ST-2

(RMR=55)

50

6.27 8230.36 1.341 0.0031 0.504

0.40 51

100 0.53 46

150 0.64 43

ST-3

(RMR=45)

50

4.83 4314.32 0.858 0.0009 0.508

0.27 48

100 0.39 43

150 0.49 40

ST-4

(RMR=35)

50

2.3 30 25000 2.75 1626.99 0.549 2.00E-

04 0.516

0.18 42

100 0.27 37

150 0.34 33

ST-5

(RMR=25)

50

2.3 25 15000 2.38 897.84 0 0.687 2.00E-

04 0.531

0.16 42

100 0.24 36

150 0.32 33


_____________________________________________________________________________


PROPIEDADES FORMACIÓN COBÁN SUPERIOR (CALIZAS) CRITERIO HOEK-

BROWN

PARÁMETROS

RESISTENTES

Densidad

(g/cm3) RMR

σci

(MPa

)

Ei

(MPa) mi D

Em

(MPa)

σcm

(MPa) mb s a c (MPa) ˚

2,35

0,30 60

40 35.000 10

0,4 10.973,8 7,17 1,677 0,0059 0,503 0,752 44,8

0,30 55 0,4 8.230,4 6,27 1,341 0,0031 0,504 0,643 43,1

0,30 45 0.4 4.314,3 4,83 0,858 0,0009 0,508 0,493 39,5

0,30 40 0.4 3.107,7 4,22 0,687 0,0005 0,511 0,437 37,5

0,30 <30 0 2.848,4 4,39 0,821 0,0004 0,522 0,431 38,7

Tabla 22: Resultado de los parámetros resistentes calculados para el macizo rocoso.

Deformabilidad

El módulo de elasticidad a nivel de macizo rocoso respecto al RMR, se ha

calculado a partir de la estimación de Bieniawski-Galera (2005).

Em = Ei • e((RMR-100)/36)

Obteniéndose los módulos elásticos que se muestran en la Tabla 23 para cada una

de las secciones tipo, calculados a partir del valor de Ei obtenido en laboratorio.

Como coeficiente de Poisson se ha adoptado un valor de 0,24.

SECCIONES TIPO Em (MPa)

ST-1 (RMR= 65) 13.238

ST-2 (RMR= 55) 10.028

ST-3 (RMR= 45) 7.596

ST-4 (RMR= 35) 4.110

ST-5 (RMR= 25) 1.868

Tabla 23: Módulos elásticos calculados para el macizo rocoso.

8.3. Propiedades mecánicas de las discontinuidades

Los datos de rugosidad según el índice JRC de las estaciones geomecánicas

realizadas en la miembro superior de la Formación Cobán se muestran en la

Figura 32.


_____________________________________________________________________________


Figura 32: Rango de variación de la rugosidad (índice JRC) para cada familia de discontinuidades.

En base a esto, en la diferente documentación geotécnica se consideran los

parámetros resistentes para las discontinuidades que se muestran en la Tabla 24.

PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES c (MPa) ˚

Macizo rocoso sano 0,08 48,3

Macizo rocoso alterado 0,01 42,4

Tabla 24: Parámetros resistentes de las discontinuidades.

8.4. Caracterización geotécnica de los depósitos cuaternarios

Dentro de esta unidad se incluyen tanto los suelos aluviales asociados al Río

Cahabón, como los coluvio-eluviales productos de la alteración del sustrato

rocoso.

Los depósitos aluviales están compuestos por gravas y cantos de gran tamaño

englobados en una matriz areno-arcillosa, en ocasiones, escasa.

En base a la documentación consultada el espesor de estos suelos suele alcanzar

un valor máximo de 2,40 m.

Debido al alto contenido en gravas, bolos y bloques presentan una elevada

porosidad exceptuando en aquellos casos en los que el porcentaje de arcilla se

incremente, en cuyo caso el grado de permeabilidad se reduce sustancialmente.

Los depósitos coluvio-eluviales son de naturaleza fundamentalmente arcillosa con

un grado de compacidad variable, generalmente creciente con la profundidad.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

>14,0 10,0-14,0 6,0-10,0 <6,0

VALOR MEDIO DE RUGOSIDAD JRC (10)

S0

J1

J2

J3

J4

J5


_____________________________________________________________________________


El espesor máximo detectado puede llegar a valores de hasta 10 m en zonas de

fracturación o disolución importante.

Atendiendo a esto y en base a los ensayos de laboratorio efectuados, en la Tabla

25 se resumen las propiedades geotécnicas de estos materiales.

UNIDAD Densidad

aparente(g/cm3)

Densidad

saturada(g/cm3)

c

(MPa) ˚ Su

E

(MPa)

Depósitos aluviales 1,70 2,05 0,01 33,

4

0,3

0

7,5

Depósitos coluvio-

eluviales 1,75 2,08 0,02

31,

0

0,2

5 5,0

Tabla 25: Propiedades geotécnicas de los depósitos cuaternarios.

8.5. Resultados obtenidos para el diseño del sostenimiento en los Adits del

Túnel 2 – proyecto hidroeléctrico Renace II

En los siguientes apartados se muestran los resultados obtenidos según la

metodología expuesta.

Para la tramificación del presente túnel en tramos homogéneos según su

comportamiento tensodeformacional se ha recurrido al índice de clasificación de

macizos rocosos Rock Mass Rating (RMR) estableciendo los siguientes intervalos

para la asignación de la secciones tipo:

- Sección tipo I: RMR > 65

- Sección tipo II: 35 < RMR < 65

- Sección tipo III: RMR < 35

8.5.1. Clasificación geomecánica

En la Tabla 26 se presentan los parámetros de cálculo empleados en las

excavaciones subterráneas proyectadas, a partir de los cuáles se calcula el ábaco

de Barton, tal y como se muestra en la Figura 33.

RMR B ESR DE Q QSÍSMICO

65

6,50 1,6 4,06

10 5

45 0,46 0,23

25 0,02 0,01

Tabla 26: Parámetros de cálculo para el prediseño mediante clasificaciones geomecánicas. Adits


_____________________________________________________________________________


Figura 33: Diagrama de Barton para la definición de los sostenimientos. Adits

Como se comprueba en el gráfico anterior, las recomendaciones de Barton se

resumen a continuación en la Tabla 27.

RMR de

aplicación Sostenimiento recomendado

65 Sin necesidad de soporte

45 9 cm de espesor de hormigón proyectado

Bulones de 2,25 m de longitud con un espaciado de 1,4 m x 1,4 m

25 15 cm de espesor de hormigón proyectado

Bulones de 2,25 m de longitud con un espaciado de 1,0 m x 1,0 m Tabla 27: Recomendaciones de Barton para el sostenimiento de los Adits.

Tomando como punto de partida las recomendaciones de Barton se han propuesto

las secciones de sostenimiento optimizadas. Estos prediseños se han realizado en

base a la experiencia contrastada en obras de características similares y, siguiendo

un proceso iterativo, se han comprobado y reajustado mediante la metodología de

diseño de sostenimientos anteriormente especificada.

A continuación se resumen los sostenimientos tipo propuestos para los Adit

- Sostenimiento Tipo I (RMR de aplicación >65):

Pernos Swellex Mn16 160 kN de 4,0 m de longitud y espaciado 2,00 m

x 2,50 m.


_____________________________________________________________________________


- Sostenimiento Tipo II (RMR de aplicación 35-65):

5 cm de hormigón proyectado C32/40 reforzado con 3 Kg/m3 de fibras

de polipropileno.


x 2,00 m.

- Sostenimiento Tipo III (RMR de aplicación <35):

15 cm de hormigón proyectado C32/40 reforzado con 3 Kg/m3 de

fibras de polipropileno.

Marco LG-70/26/18 espaciadas 1,0 m.

8.5.2. Análisis de formación de bloques

Para el análisis de la estabilidad de bloques de roca se ha empleado el programa

UNWEDGE (Versión 3.0, año 2003). A continuación se detalla el análisis

efectuado.

Se ha realizado la modelización de la sección de excavación a través de la

extrusión de la sección de los adits. Se han considerado dos alineaciones

diferentes como representativas de los trazados de los mismos. A continuación se

especifican en la Tabla 28 las orientaciones del eje consideradas.

Adit Buzamiento Dirección de buzamiento

Adit 2 12.43° 153°

Adit 3 13.47° 113°

Tabla 28: Orientaciones de adits considerados en el análisis de caída de bloques.

Mediante esta metodología se han comprobado las secciones tipo de

sostenimiento I y II. Se han considerado los sostenimientos propuestos

anteriormente especificados. No se ha considerado la aportación estructural de los

espesores de hormigón proyectado, quedando de este modo del lado de la

seguridad. A continuación, en las Figuras 34 y 35 se muestran las geometrías

analizadas para cada una de las combinaciones de juntas consideradas.


_____________________________________________________________________________


Figura 34: Geometría considerada para el análisis cinemático de cuñas de los adit. Seccion de

sostenimiento tipo I.

Figura 35: Geometría considerada para el análisis cinemático de cuñas de los adit. Sección de

sostenimiento tipo II.

Se presenta las tablas resumen de las cuñas formadas en los Adits, en base a su

sección, alineación y parámetros geomecánicos, los cuales fueron analizados con

el programa UNWEDGE. En la Tabla 29 se resume las cuñas formadas en el

perímetro de la sección. Y en la Tabla 30 se aprecia los porcentaje del peso de la

cuñas. Cada tabla se presenta con sus graficas comparativas respectivas.


_____________________________________________________________________________


Parámetros Trend/Plunge Clave (%)

Hombro derecho

(%)

Hombro izquierdo

(%)

Hastial derecho

(%)

Hastial izquierdo

(%)

RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32

Persistencia=5 m

153°/12.43° 34.38 15.63 12.50 12.50 25.00

113°/13.47° 28.13 0.00 3.13 43.75 34.38

RMR 35-65 C=0 t/m2 Ф=32

Persistencia=12 m

153°/12.43° 34.38 21.88 3.13 28.13 28.13

113°/13.47° 18.75 12.50 6.25 37.50 40.63

Tabla 29: Resumen de las cuñas formadas en el perímetro de las sección de los Adits, 153/12,43

Trend/Plunge del Adit 2, y 113/13,47 para el Adit 3.

Figura 36: Comparación porcentual de las cuñas con un RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32 Persistencia=5 m

para los trazados del Adit 2 y 3.

34.38

15.6312.50 12.50

25.0028.13

0.003.13

43.75

34.38

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

Clave (%) Hombroderecho (%)

Hombroizquierdo (%)

Hastialderecho (%)

Hastializquierdo (%)

Formación de cuñas en la sección del túnel: RMR >65C=1 t/m2 Ф=32Persitencia=5 m

153/12.43 113/13.47


_____________________________________________________________________________


Figura 37: Comparación porcentual de las cuñas con un RMR 35-65 C=0 t/m2 Ф=32 Persistencia=12 m

para los trazados del Adit 2 y 3.

Parámetros Trend/Plunge 0.5≤P<3

(t) %

3≤P<6 (t) %

6≤P<9 (t) %

9≤P<12 (t) %

P≥12 (t) %

RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32 Persistencia=5

m

153/12.43 62.50 18.75 9.38 6.25 3.13

113/13.47 60.00 25.71 5.71 8.57 0.00

RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32 Persistencia=5

m

153/12.43 16.22 2.70 10.81 13.51 56.76

113/13.47 16.22 16.22 8.11 8.11 51.35

Tabla 30: Porcentajes de los pesos de las cuñas presentes, 153/12,43 Trend/Plunge del Adit 2, y

113/13,47 para el Adit 3.

34.38

21.88

3.13

28.13 28.13

18.75

12.50

6.25

37.5040.63

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

Clave (%) Hombroderecho (%)

Hombroizquierdo (%)

Hastialderecho (%)

Hastializquierdo (%)

Formación de cuñas en la sección del túnel: RMR 35-65C=0 t/m2 Ф=32

Persitencia=12 m

153/12.43 113/13.47


_____________________________________________________________________________


Figura 38: Pesos de las cuñas con un RMR >65 C=1 t/m2 Ф=32 Persistencia=5 m para los trazados del

Adit 2 y 3.

Figura 39: Pesos de las cuñas con un RMR >65 C=0 t/m2 Ф=32 Persistencia=12 m para los trazados del

Adit 2 y 3.

En el Apéndice IV se adjuntan los listados de coeficientes de seguridad obtenidos

de los que se deduce que la totalidad de las cuñas formadas presentan coeficientes

de seguridad superiores a 1,5. No se han computado aquellas combinaciones de

juntas que forman bloques de un peso inferior a 0.5 tonelada.

62.50

18.75

9.386.25

3.13

60.00

25.71

5.718.57

0.000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0.5≤P<3 (t)%

3≤P<6 (t)%

6≤P<9 (t)%

9≤P<12 (t)%

P≥12 (t)%

Peso de las cuñas: RMR >65C=1 t/m2 Ф=32Persitencia=5 m

153/12.43 113/13.47

16.22

2.70

10.8113.51

56.76

16.22 16.22

8.11 8.11

51.35

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0.5≤P<3 (t)%

3≤P<6 (t)%

6≤P<9 (t)%

9≤P<12 (t)%

P≥12 (t)%

Peso de las cuñas: RMR 35-65C=0 t/m2 Ф=32

Persitencia=12 m

153/12.43 113/13.47


_____________________________________________________________________________


De este modo se comprueba la idoneidad del sostenimiento diseñado en lo

referente a la estabilidad de los bloques de roca formados.

8.5.3. Modelización numérica en elastoplasticidad

En el siguiente apartado se muestran los resultados de los cálculos realizados para

el dimensionamiento de las secciones tipo de sostenimiento mediante la

modelización numérica en elastoplasticidad. Para ello se han desarrollado

modelos de cálculo bidimensional con el programa de diferencias finitas FLAC

(Versión 6.0, año 2.008) de ITASCA CONSULTING GROUP INC.

(Minneapolis, Minnesota), mediante el que se ha tratado de reproducir en la

medida de lo posible tanto la geometría del problema como las fases de

construcción proyectadas.

La secuencia de cálculo que se ha seguido ha sido la siguiente:

1. Fase previa de cálculo para ajustar el estado tensional en el modelo, de

acuerdo al coeficiente de reparto de tensiones escogido.

2. Excavación del pase de avance.

3. Colocación del sostenimiento en avance correspondiente a la sección tipo

correspondiente.

Para el caso de los adits se ha comprobado mediante esta metodología la sección

de sostenimiento tipo III.

8.5.3.1. Sección tipo III

Los cálculos se han realizado para un recubrimiento máximo de 65 m en aquellas

zonas donde el RMR básico sea inferior a 30 puntos. Se ha considerado un perfil

geomecánico conformado por un único terreno de calizas.

Las propiedades resistentes asignadas a los terrenos para la realización de los

cálculos, se encuentran reflejadas en la Tabla 31.

RMR γ (t/m3) Em

(MPa) c (MPa) Ø (º)

25 2,30 1868 0,3 0,24 36 Tabla 31: Propiedades de los terrenos aplicadas en la realización de los cálculos para la sección tipo III.

El modelo de cálculo, que se presenta en la Figura 40, presenta 65 m de

recubrimiento sobre clave y abarca un total de 100 m de ancho y 115 m de alto

hasta la superficie, con un total de 18.768 elementos. El tamaño de los elementos

en la zona de interés es de 0,3 m. El modelo constitutivo empleado ha sido el

elastoplástico de Mohr-Coulomb.

El sostenimiento se ha diseñado a base de una capa de hormigón proyectado de 25

MPa de resistencia y 15 cm de espesor. Adicionalmente y embebidas en el

hormigón proyectado se colocarán cerchas metálicas reticuladas cada 1,0 metros.


_____________________________________________________________________________


La excavación se realiza a sección completa con un pase de 1,0 m de longitud, lo

cual se tiene en cuenta en el modelo mediante la simulación del confinamiento en

las proximidades del frente, según se ha explicado en el Apartado 7.2.3 de este

informe. De acuerdo al valor del pase de excavación y a las características

geométricas del caso de cálculo considerado, el valor del confinamiento empleado

para simular el efecto frente, resulta ser:

- Confinamiento = 36 %

Figura 40: Modelo de cálculo para la Sección Tipo III. Adit

A continuación se presentan los resultados obtenido en el análisis

tensodeformacional realizado en todos los gráficos adjuntados los

desplazamientos se presentan en metros y las fuerzas en Meganewton.

En las Figuras 41 y 42, se muestra la distribución de los desplazamientos

obtenidos en el terreno tras la fase de sostenimiento. Los valores máximos

obtenidos se corresponden con levantamientos de solera y descensos de clave,

siendo el máximo desplazamiento calculado de 6,5 mm en solera. La

convergencia máxima calculada en hastiales es inferior a 8,0 mm.

En la Figura 43, se muestra la plastificación producida en el entorno de la

excavación que es de poca entidad.

En la Figura 44, se muestran las deformaciones cortantes producidas en el terreno

en el entorno de la excavación. Los valores máximos de deformación cortante se

encuentran situados en la zona inferior de los hastiales, con unos valores máximos

de 2,7 mm/m, se trata de valores muy reducidos.


_____________________________________________________________________________


En la Figura 45, se muestra la distribución de tensiones en el entorno de la

excavación.

En las Figuras 46 y 47, se muestran los esfuerzos máximos registrados en el

modelo de sostenimiento. A continuación se especifican los coeficientes de

seguridad existentes para los esfuerzos pésimos obtenidos en la Tabla 32.

N (KN/m) M(mkN/m) F.S.

784,1 5,23 1,48

695,9 4,49 1,70

795,5 2,78 2,14 Tabla 32: Factores de seguridad calculados para los esfuerzos pésimos sobre el sostenimiento.

Por lo tanto finalmente queda comprobado que la sección de sostenimiento tipo III

del adit se encuentra adecuadamente dimensionada.

Figura 41: Desplazamientos verticales tras la colocación del sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


Figura 42: Desplazamientos horizontales tras la colocación del sostenimiento.

Figura 43: Estado de plastificación tras la colocación del sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


Figura 44: Deformaciones cortantes en el terreno tras la colocación del sostenimiento.

Figura 45: Distribución de tensiones en el terreno tras la colocación del sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


Figura 46: Momentos flectores en el sostenimiento.

Figura 47: Esfuerzos axiles en el sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


8.6. Sostenimiento propuesto

A continuación se resumen los sostenimientos diseñado para las excavaciones de

los Adits:

- Adits

Sostenimiento Tipo I (RMR de aplicación >65):

*Sellado: 5 cm concreto lanzado C25/30 reforzado con fibras polipropileno


x 2,50 m.

Sostenimiento Tipo II (RMR de aplicación 35-65):

*Sellado: 5 cm concreto lanzado C25/30 reforzado con fibras polipropileno


de polipropileno.


x 2,00 m.

Sostenimiento Tipo III (RMR de aplicación <35):

*Sellado: 3 cm concreto lanzado C25/30 reforzado con fibras

polipropileno



Marcos LG-70/26/18 espaciadas 1,0 m.

8.6.1. Tramificación constructiva del sostenimiento

De acuerdo con lo indicado en los apartados anteriores, en el Cuadro 1 se

presentan las secciones de sostenimiento proyectado para los Adits del Túnel 2,

así como su ámbito de empleo y su longitud prevista de aplicación. En Apéndice

V se adjunta el perfil constructivo de los Adits del túnel 2.


_____________________________________________________________________________


SECIÓN

TIPO

Ambito de

Aplicación

Longitud

de Pase

(m) SOSTENIMIENTO

LONGITUD

PREVISTA DE

APLICACIÓN

(m)

%

RMR

corregido AVANCE

ADITS

I >65 >4

Sellado: 5 cm concreto

lanzado C25/30

reforzado con fibras

polipropileno..

Pernos Swellex Mn16

160 kN l=4.0 m.

espaciados 2,0 m (L) x

2,5 m (T)

45,60 6.97

II 35-65 1.5-3


lanzado C25/30


polipropileno

Sostenimiento: 5 cm

concreto lanzado C25/30


polipropileno.

Pernos Swellex Mn16

160 kN l=4,0 m.

espaciados 1,5 m (L) x

2,0 m (T)

530,29 81.08

III <35 1,0


lanzado C25/30


polipropileno

Sostenimiento: 15 cm

concreto lanzado C25/30


polipropileno.

Marcos LG-70/26/18

espaciados 1,0 m

longitudinalmente

78,11 11.94

Cuadro 1: Sostenimiento de los Adits del túnel 2.


_____________________________________________________________________________


CONCLUSIONES

1. La excavación del Adit 2 y 3 del Túnel 2, se realizaran en rocas del miembro

superior de la Formación Cobán, que consiste en calizas mudstone, el soporte

definido para la excavación de los Adits del Túnel 2, consiste en:

- Sostenimiento Tipo I (RMR de aplicación >65):

Sellado: 5 cm hormigón proyectado C32/40 reforzado con 3 Kg/m3 de



x 2,50 m.

- Sostenimiento Tipo II (RMR de aplicación 35-65):




de polipropileno.


x 2,00 m.

- Sostenimiento Tipo III (RMR de aplicación <35):





Cerchas reticuladas espaciadas 1,0 m.

2. Las calizas del miembro superior de la Fm. Cobán esta moderada a

intensamente fracturadas, con un elevada karstificación, se le califica como una

roca de calidad media.

3. Se determinó 6 familias de juntas principales, con espaciado en promedio de 6

a 60 cm, continuidad de 1 a 3 y de 3-10, JRC de 6-10 y en menor proporción de

10-14 y aperturas mayores a 5 mm y entre 1-5 mm.

4. Se obtuvo un diseño del soporte mediante las Clasificaciones Geomecánicas,

este diseño fue complementado con el método de diferencias finitas para un

comportamiento deformacional Elastoplastico. Determinando mediante los

métodos numéricos un desplazamiento máximo de 6.5 mm en solera y una

convergencia máxima de 8.0 mm en hastiales.

5. Se empleó para el análisis de estabilidad de bloques de roca el programa

UNWEDGE, determinando que para el Adit 2 el mayor porcentaje de cuñas se

formaran en la clave, y para el Adit 3 en el hastial izquierdo. Los pesos de las

cuñas formadas serán de 0.5 a 3 toneladas y superiores a las 12 toneladas.


_____________________________________________________________________________


RECOMENDACIONES

1. Contar con un equipo multidisciplinar en el área de Geotecnia, que permita

tomar decisiones a pie de obra y recomendar los diferentes tipos de

sostenimiento.

2. Realizar ensayos para la supervisión del sostenimiento, estos deben ser:

perforaciones para comprobar el espesor de shotcrete, con la medición de su

resistencia a la compresión; en los bulones es necesario el empleo de la

máquina de arranque de pernos para medir su resistencia a la tracción; los

marcos metálicos es necesario verificar que estén bien apoyados a la superficie

del terreno saneado, colocados ortogonales al eje de la traza, y que estén muy

bien recubiertas por el hormigón.

3. Se recomienda realizar un mayor número de sondeos, con el fin de obtener

mayor información de los niveles de alteración y su estado en profundidad.

Para determinar el número de sondeos, se basa en: perforar en el portal de

entrada y salida, cambios litológicos, zonas previsiblemente falladas o

fracturadas y Adits.

4. Durante la construcción del túnel, es necesario realizar un análisis de caída de

bloque, en tramos homogéneos cada 20 a 30 m y en cambios geológicos-

geotécnicos. De modo que se pueda justificar el sostenimiento instalado en

base a los factores de seguridad.

5. Con el avance y finalización de la obra, se debe realizar una comparación entre

el soporte diseñado y el puesto en obra, con el fin de afinar a futuro el diseño

de sostenimiento.


_____________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFIA

1. Deere, D.; Y Miller, R. Engineering classification and index properties for

intact rock, 1966.

2. Coulson, J. Shear strength of flat Surfaces in rock, proceedings, 13th

Symposium on rock mechanics, pp. 77–105, 1972.

3. Barton, N.; Y Choubey, V. The shear strength of rock joints in theory and

practice. rock mech, 1977.

4. Palmstrom, A.; Y Singh R. The Deformation modulus of rock masses –

comparisons between in situ tests and indirect estimates, 2001

5. Charles, S.; Tarano, J. Y Pinto, H. Clasificación de reconocimiento de los

suelos de la República de Guatemala, 1959.

6. Espina, S.; Santos, D.; Y Paredes. M. Proyecto constructivo del túnel

secundario de la Central Hidroeléctrica RENACE II, 2013.

7. Gonzales, L. Ingeniería Geológica, 2002.

8. López, C.; García, P. Y Torija, Miguel. Manual de voladuras en túneles,

2012.

9. López, C.; García, P. Y Torija, Miguel. Manual de excavación de túneles con

rozadora, 2012.

10 Sistemas Integrales de Gestión Ambienta (SIGA). Estudio de evaluación de

impacto ambiental proyecto RENACE II, 2012

11. Machorro, R. Evaluación Hidrogeológica de alta Verapaz, 2005.

12. Castillo, B. Evaluación de la amenaza por inundación en la parte alta de la

cuenta del río Cahabón. 2009.

13. Bieniawski, Z. The geomechanics classification in rock engineering

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14. Hoek, E.; Y Brown, E. Underground excavation in rock. 1980

BIBLIOGRAFÍA DIGITAL

1. Sismología

http://www.insivumeh.gob.gt/geofisica.html

2. Marco tectónico de Guatemala

http://www.insivumeh.gob.gt/geofisica/indice%20sismo.htm

http://www.insivumeh.gob.gt/geofisica.html

http://www.insivumeh.gob.gt/geofisica/indice%20sismo.htm


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Abimael Fernando Cáceres Flores

APÉNDICES


_____________________________________________________________________________


APÉNDICE I: PERFILES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS


_____________________________________________________________________________


APÉNDICE II: TESTIFICACIONES


_____________________________________________________________________________


APÉNDICE III: PROSPECCIÓN GEOFÍSICA


_____________________________________________________________________________


APÉNDICE IV: UNWEDGE. FACTORES DE SEGURIDAD


_____________________________________________________________________________


APÉNDICE V: PERFIL CONSTRUCTIVO DE LOS ADITS DEL TÚNEL 2.

escuela profesional de ingenierÍa geologica

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