CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS, SEGÚN

BIENIAWSKY

VALUACIÓN CLASE DESCRIPCIÓN

100 a 81 I MUY BUENA ROCA

80 a 61 II BUENA ROCA

60 a 41 III ROCA REGULAR

40 a 21 IV ROCA MALA

< de 20 V ROCA MUY MALA

EN EL CRITERIO ESTABLECIDO POR BARTON, LIEN Y

LUNDE, SE TOMAN EN CUENTA FACTORES TALES COMO

EL ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA, DE DEERE.

EL NÚMERO DE SISTEMAS DE FISURAS.

LA RUGOSIDAD DE LAS FISURAS.

LA ALTERACIÓN DE LAS FISURAS.

LA PRESENCIA DE AGUA EN LA FORMACIÓN ROCOSA.

Y UN FACTOR “SRF” DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS.

ÍNDICE DE CALIDAD DE TÚNELES, SEGÚN BARTON, LIEN Y LUNDE

VALUACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA ROCA

0.001 a 0.01 EXCEPCIONALMENTE MALA

0.01 a 0.1 EXTREMADAMENTE MALA

0.1 a 1 MUY MALA

1 a 4 MALA

4 a 10 REGULAR

10 a 40 BUENA

40 a 100 MUY BUENA

100 a 400 EXTRAORDINARIAMENTE BUENA

400 a 1000 EXCEPCIONALMENTE BUENA

POR LO GENERAL, ASOCIADOS A ESTAS

CALIFICACIONES E ÍNDICES DE LOS

MACIZOS ROCOSOS, SE CUENTA CON

RECOMENDACIONES “EMPÍRICAS” PARA

LA INSTALACIÓN DE UN SOPORTE INICIAL,

QUE PERMITA ESTABILIZAR LAS PAREDES

DEL TÚNEL EN CUESTIÓN.

RECIENTEMENTE, GRACIAS O LOS

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

COMPUTACIONAL BASADOS EN EL

MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO, ES

POSIBLE IDENTIFICAR EL

COMPORTAMIENTO DE UN TÚNEL O UNA

OBRA SUBTERRÁNEA.

PARA ELLO ES NECESARIO CONTAR CON EL

MODELO GEOLÓGICO/GEOTÉCNICO DEL

SITIO, CON LAS PROPIEDADES

MECÁNICAS, DE RESISTENCIA Y

DEFORMACIÓN, DE LOS MATERIALES

CONTENIDOS EN EL SUBSUELO Y LA

GEOMETRÍA DEL TÚNEL O DE LA OBRA

SUBTERRÁNEA.

COMO RESPUESTA DEL ANÁLISIS SE

OBTIENEN ESFUERZOS ACTUANTES Y

ZONAS DE POSIBLE PLASTIFICACIÓN EN EL

TÚNEL O EN LA OBRA SUBTERRÁNEA

ANALIZADA, LO CUAL PERMITE AFINAR SU

DISEÑO.

3.4 TIEMPO “LIBRE

DE SOPORTE”

ES UN CONCEPTO IMPORTANTE PARA LA

SELECCIÓN DEL PROCESO

CONSTRUCTIVO DE UN TÚNEL, QUE LLEVA

IMPLÍCITO EL FACTOR TIEMPO.

USUALMENTE SE IDENTIFICA A TRAVÉS

DE LA CLASIFICACIÓN DEBIDA A LAUFFER

EL TIEMPO “LIBRE DE SOPORTE”,

DURANTE EL CUAL PERMANECE ESTABLE

LA FRENTE RECIÉN EXCAVADA DE UN

TÚNEL, DEPENDE DE LAS PROPIEDADES

MECÁNICAS DEL MATERIAL, Y DE LA

FORMA Y DIMENSIONES DE SU SECCIÓN

TRANSVERSAL.

ESTE LAPSO, USUALMENTE SE

APROVECHA PARA INSTALAR EL SOPORTE

INICIAL, QUE REQUIERE EL TÚNEL, PARA

ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE SUS

PAREDES.

3.5 EFECTO DE BÓVEDA

ADEMÁS DEL TIEMPO “LIBRE DE

SOPORTE”, DE MANERA MOMENTÁNEA SE

PRESENTA EN EL FRENTE DEL TÚNEL UN

“EFECTO DE BÓVEDA” (Tridimensional),

DONDE EL MATERIAL SIN EXCAVAR,

“TAPÓN”, PUEDE CONSTITUIR UN MUY

FAVORABLE REFUERZO ESTABILIZADOR.

ALGUNOS EXPERTOS EN EL DISEÑO DE

TÚNELES, REVISAN CON ESPECIAL

CUIDADO LA CAPACIDAD ESTRUCTURAL

DE ESTE “ TAPÓN”, Y EN ALGUNOS CASOS,

LO REFUERZAN PREVIAMENTE AL AVANCE

DE LA EXCAVACIÓN, PARA GARANTIZAR

LA ESTABILIDAD DE ÉSTA.

3.6 EFECTO ANULAR

OBVIAMENTE, AL AVANZAR LA

EXCAVACIÓN DEL TÚNEL, DESAPARECE

EL “TAPÓN” EN CUESTIÓN Y SU

FAVORABLE EFECTO TRIDIMENSIONAL,

TRANSFORMÁNDOSE ENTONCES EN UNA

MENOS FAVORABLE CONDICIÓN

BIDIMENSIONAL.

3.7 CLASIFICACIÓN EMPÍRICA

DEL “TUNELERO” (Según K.

Terzaghi)

SEGÚN ESTA CLASIFICACIÓN, SE LE

ASIGNA AL MATERIAL DONDE SE EXCAVA

EL TÚNEL, UNA CIERTA CATEGORÍA DEL 1

AL 10, EN FUNCIÓN DEL MEJOR AL PEOR

COMPORTAMIENTO OBSERVADO

DURANTE EL TUNELEO.

EL FRENTE DEL TÚNEL PUEDE

AVANZAR LIBREMENTE, SIN

REQUERIR SOPORTE INICIAL.

1. DURO

2. FIRME

SIMILAR A LA ANTERIOR CATEGORÍA,

SOLO QUE EVENTUALMENTE SERÁ

NECESARIO COLOCARLE UN

REVESTIMIENTO DEFINITIVO PARA SU

OPERACIÓN.

3. DE GRANEO LENTO

SE DESPRENDEN TERRONES Y PARTÍCULAS,

TIEMPO DESPUÉS QUE EL TERRENO HA

QUEDADO EXPUESTO A LA INTEMPERIE.

4. DE GRANEO RÁPIDO

SIMILAR A LA ANTERIOR CALIFICACIÓN,

PERO EL DESPRENDIMIENTO OCURRE EN

POCOS MINUTOS.

5. DE EXTRUSIÓN LENTA

EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA LENTAMENTE

HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL, SIN

FRACTURARSE Y SIN INCREMENTO NOTORIO

DE VOLUMEN. SE PUEDEN INDUCIR LEVES

ASENTAMIENTOS EN LA SUPERFICIE DEL

TERRENO.

6. EXPANSIVO

EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA LENTAMENTE

HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL, PERO CON UN

NOTORIO INCREMENTO DE VOLUMEN,

ASOCIADO A LA PRESENCIA DE AGUA.

7. DE CORRIDA COHESIVA

AL RETIRARSE EL SOPORTE LATERAL, Y

DESPUÉS DE UN BREVE PERÍODO DE

GRANEO, EL MATERIAL SE DERRAMA

(CORRE) COMO SI FUERA AZÚCAR

GRANULADA.

8. DE CORRIDA FRANCA

IGUAL QUE LA ANTERIOR CATEGORÍA,

SOLO QUE EL DERRAME (CORRIDA) SE

PRESENTA SIN EL PERÍODO PREVIO DE

GRANEO

9. DE EXTRUSIÓN RÁPIDA

EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA

RÁPIDAMENTE HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL,

EN FORMA DE FLUJO PLÁSTICO. SE PUEDEN

INDUCIR GRANDES ASENTAMIENTOS EN LA

SUPERFICIE DEL TERRENO.

10. FLUYENTE

EL TERRENO DEL FRENTE SE MUEVE COMO

UN LÍQUIDO VISCOSO, QUE PUEDE INVADIR

LA SECCIÓN COMPLETA DEL TÚNEL Y LLEGAR

HASTA SU PORTAL DE ENTRADA,

ARRASTRANDO “TODO” A SU PASO.

3.8 PROCESO DE TUNELEO

EN LO QUE SIGUE SE DESCRIBE DE

MANERA SIMPLISTA, LO QUE SUCEDE EN

EL ENTORNO VECINO A UN TÚNEL,

CUANDO ÉSTE ES EXCAVADO.

1. CUANDO SE EXCAVA UN TÚNEL EN EL

SUBSUELO, SE GENERA UN NOTORIO CAMBIO

EN EL ESTADO INICIAL DE ESFUERZOS DEL

ENTORNO, GENERÁNDOSE UNA PRESIÓN

SECUNDARIA, LA CUAL INCLUYE

PRINCIPALMENTE ESFUERZOS DE

COMPRESIÓN.

2. LA RESPONSABILIDAD DE CARGA QUE

TENÍA EL MATERIAL REMOVIDO, SE HA

TRANSFERIDO AL TERRENO VECINO, EL

CUAL TENDRÁ QUE SOPORTAR LA NUEVA

PRESIÓN SECUNDARIA, SIN LA VENTAJA

ESTRUCTURAL DE CONFINAMIENTO, QUE LE

PROPORCIONABA EL MATERIAL REMOVIDO

POR LA EXCAVACIÓN.

3. LA FALTA DE CONFINAMIENTO EN EL

MATERIAL VECINO AL TÚNEL, LE

PROPORCIONA UNA LIBERTAD DE

MOVIMIENTO QUE ANTES NO TENÍA, Y CON

ELLO, LA POSIBILIDAD DE QUE PUEDAN

FORMARSE DESFAVORABLES MECANISMOS DE

FALLA.

4. HABLANDO COLOQUIALMENTE, PUEDE

DECIRSE QUE AL EXCAVAR UN TÚNEL, LOS

MATERIALES VECINOS, QUE DURANTE

LARGO TIEMPO PERMANECIERON

“PRESOS”, SE SIENTEN DE PRONTO

“LIBERADOS” Y TENDERÁN A “ESCAPARSE”

POR LA “PUERTA” RECIÉN ABIERTA.

5. SI LOS MATERIALES VECINOS AL TÚNEL

SON COMPETENTES, SE APRETUJARÁN ENTRE

SÍ AL BUSCAR “SU SALIDA”, Y FORMARÁN

COMO “ACTO REFLEJO” UN “ANILLO DE

CARGA”, QUE NO LOS DEJARÁ SALIR Y ASÍ EL

TÚNEL PERMANECERÁ ESTABLE.

6. POR EL CONTRARIO, SI LOS MATERIALES

VECINOS AL TÚNEL SON INCOMPETENTES, AL

APRETUJARSE TENDERÁN A DESMORONARSE

O A PLASTIFICARSE Y EVENTUALMENTE

TERMINARÁN ESCAPÁNDOSE, CERRANDO A

SU PASO EL HUECO ABIERTO Y EN

CONSECUENCIA EL TÚNEL SERÁ INESTABLE.

3.9 ACCIÓN REFORZADORA

DEL SOPORTE INICIAL

A. SI LA RESISTENCIA DEL MATERIAL

EXCAVADO ES MAYOR QUE EL ESFUERZO

DE COMPRESIÓN INDUCIDO EN LAS

PAREDES DEL TÚNEL, POR EL NUEVO

ESTADO DE ESFUERZOS, LAS PAREDES

DEL TÚNEL SERÁN ESTABLES Y NO

REQUERIRÁN AYUDA ADICIONAL PARA

PERMANECER ASÍ.

B. POR EL CONTRARIO, SI LA

RESISTENCIA DEL MATERIAL ES

NOTORIAMENTE MENOR AL ESFUERZO DE

COMPRESIÓN QUE SE GENERA POR EL

NUEVO ESTADO DE ESFUERZOS, EL TÚNEL

NO PODRÁ PERMANECER ABIERTO SIN LA

COLOCACIÓN INMEDIATA DE UN SISTEMA

DE SOPORTE INICIAL (escudo).

C. FINALMENTE, SI LA RESISTENCIA DEL

MATERIAL ES SIMILAR AL ESFUERZO DE

COMPRESIÓN GENERADO POR EL NUEVO

ESTADO DE ESFUERZOS, SE PROVOCA UNA

INCIPIENTE INESTABILIDAD, QUE PUEDE

SER CONTRARRESTADA APLICANDO UN

RAZONABLE SOPORTE INICIAL.

D. CON EL PASO DEL TIEMPO LOS

ESFUERZOS DE COMPRESIÓN ASOCIADOS

A LA PRESIÓN SECUNDARIA QUE SE

GENERÓ ALREDEDOR DEL TÚNEL,

TENDERÁN A REDUCIRSE, AL PERMITIRSE

LA OCURRENCIA DE DESPLAZAMIENTOS

DE “CONVERGENCIA”, EN SUS PAREDES.

"A"

"B"

"C"

PREMATURO

A TIEMPO

TARDIO

COMPORTAMIENTOMATERIAL EXCAVADO

"A"

"B""C"

DEFORMACION

ES

FU

ER

ZO

COMPORTAMIENTO

DEL SOPORTE INICIAL

CURVA “CARACTERÍSTICA” DE UN TÚNEL EN PROCESO DE

EXCAVACIÓN

E. SIN EMBARGO, SI LOS VALORES DE LAS

CONVERGENCIAS SUPERAN CIERTOS

LÍMITES (particulares en cada

material), EL TERRENO VECINO SE PUEDE

AFLOJAR MÁS ALLÁ DE LO ESPERADO Y EN

CONSECUENCIA, LOS ESFUERZOS DE

COMPRESIÓN, ALREDEDOR DEL TÚNEL,

AUMENTARÁN.

F. SEGÚN K. SZECHY (1970), “EL ARTE DEL

TUNELEO” CONSISTE EN IDENTIFICAR

HASTA DONDE DEBEN LLEGAR LAS

CONVERGENCIAS, PARA UNA FAVORABLE

REDUCCIÓN DE LOS ESFUERZOS, ANTES DE

QUE SOBREPASEN EL PUNTO DONDE

AQUÉLLAS VUELVEN A INCREMENTARSE

NOTORIAMENTE.

UTILIZANDO COMO SÍMIL AL CUERPO

HUMANO, PUEDE DECIRSE QUE EL

“SOPORTE INICIAL” EN LOS TÚNELES

JUEGA UN PAPEL SIMILAR AL DEL

ESQUELETO ÓSEO, MIENTRAS QUE EL

“REVESTIMIENTO FINAL” CUBRE UN

PAPEL DE PROTECCIÓN COMO EL QUE

TIENE LA PIEL.

4. ETAPAS EN LA CONSTRUCCIÓN

DE UN TÚNEL

4.1 EMPORTALAR

4.2 EXCAVAR

4.3 REZAGAR

4.4 ESTABILIZAR EL FRENTE

4.5 SOPORTAR LAS PAREDES

4.6 REVESTIR

4.1 EMPORTALAR

REFORZAR PREVIAMENTE EL CORTE DONDE

SE EXCAVARÁ EL TÚNEL, PARA QUE SEA

CAPAZ DE SOPORTAR LA CONCENTRACIÓN

DE ESFUERZOS DERIVADOS DEL TUNELEO,

ADEMÁS DE LOS ASOCIABLES A SU

ESTABILIZACIÓN COMO TALUD.

“TÚNELES CARRETEROS”

JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO

11 – 12 de octubre

ASPECTOS GENERALES DEL DISEÑO Y

CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES