tema 8_excavaciones subterraneas

7/30/2019 Tema 8_Excavaciones Subterraneas

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Tema N8EXCAVACIONES

SUBTERRNEAS

18/10/2012

Facultad de Ingeniera

Curso: MECNICA DE ROCAS Docente: Ing. Eduardo Marn Gmez


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EXCAVACIONES SUBTERRNEAS

Curso: MECNICA DE ROCAS Docente: Ing. Eduardo Marn Gmez 18/10/2012


La mayora de los tneles se construyen para salvar un

obstculo natural y permitir el acceso a vas decomunicacin para transporte urbano (metros),transvases y conducciones; o para unir islas o estrechosy para pasos fluviales, en cuyo caso el trazado se

efecta bajo una lmina de agua.

Las excavaciones subterrneas estn estrechamenterelacionadas con la energa y los recursos minerales(aprovechamientos hidroelctricos, centrales,explotaciones mineras, almacenamientos subterrneos,etc


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EXCAVACIONES SUBTERRNEAS



Los tneles se caracterizan por su trazado y seccin,definidos por criterios geomtricos de glibo, pendiente,radio de curvatura y otras consideraciones de proyecto.Bajo el punto de vista de la ingeniera geolgica los datosms significativos son la seccin, perfil longitudinal,trazado, pendientes, situacin de excavacionesadyacentes, boquillas y accesos intermedios.


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SOSTENIMIENTO



Son los elementos estructurales de sujecin del terreno,aplicados inmediatamente despus de la excavacin deltnel, con el fin de asegurar su estabilidad durante la

construccin y despus de ella, as como garantizar lascondiciones de seguridad.


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REVESTIMIENTO



El revestimiento se coloca con posterioridad al

sostenimiento y consiste en aplicar sobre dichosostenimiento una capa de hormign, u otros elementosestructurales, con el fin de proporcionar resistencia alargo plazo al tnel y dar un acabado regular, mejorandosu funcionalidad (condiciones aerodinmicas,impermeabilidad, luminosidad, albergar Instalaciones ypropiciar la esttica de la obra).


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Los estudios geolgicos-geotcnicos son absolutamente

necesarios para poder proyectar y construir una obrasubterrnea.

La metodologa bsica de los estudios tienelos objetivos siguientes :


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METODOLOGIA DE LOS ESTUDIOSGEOLOGICOS GEOTECNICOS PARA

TNELES




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SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUSDENOMINACIONES




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Tnel de carretera


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Tnel Ferroviario


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Excavacin de una central elctrica subterrnea


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TNELES



Las investigaciones geolgicas de los tneles son, engeneral, ms costosas que en otras obras de ingenieracivil. Sin embargo, el no dedicar suficientes medios a

estos estudios puede conducir a situaciones imprevistas:

Cuando el terreno no se investiga, el terreno es unriesgo.


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TNELES



La inversin adecuada en los estudios geolgico-geotcnicos depende de la complejidad geolgica,longitud del tnel, espesor de recubrimientos, etc. y puedellegar al 3 % del presupuesto de la obra; por debajo de

este porcentaje aumentan los casos de tneles conproblemas y, por encima los imprevistos son mnimos.

Ante la importancia, tanto tcnica como econmica, de las

investigaciones in situ resulta esencial llevar a cabo unacorrecta planificacin de las mismas. Los criterios bsicospara planificar las Investigaciones in situ son las

siguientes:


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FASES, OBJETIVOS YCONTENIDO DE LAS INVESTIGACIONES IN

SITU PARA TNELES




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FASES, OBJETIVOS YCONTENIDO DE LAS INVESTIGACIONES IN

SITU PARA TNELES



Al perforar un tnel se puede encontrar tres tipos deCondiciones Naturales que dan lugar a la prdida deresistencia del macizo y, por tanto, a problemas deestabilidad :

1)Orientacin desfavorable de discontinuidades.2)Orientacin desfavorable de las tensiones con

respecto al eje del tnel.

3)Flujo de agua hacia el interior de la excavacina favor de fracturas, acuferos o rocas carstificadas.


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INFLUENCIA DE LAS CONDICIONESGEOLGICAS



Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones

de tneles en roca

1) Orientacin desfavorables de las discontinuidades


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de tneles en roca

2) Orientacin desfavorables de tensiones


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de tneles en roca

Filtraciones hacia el interior de la excavacin


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Estas condiciones estn directamente relacionadas con

los siguientes factores geolgicos: estructura,discontinuidades, resistencia de la roca matriz,condiciones hidrogeolgicas y estado tensional.

Por otro lado, la excavacin del tnel tambin genera unaserie de acciones inducidas que se suman a las citadascondiciones naturales, como son:


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Prdida de resistencia del macizo que rodea a la

excavacin como consecuencia de la descompresincreada: apertura de discontinuidades, fisuracin porvoladuras, alteraciones, flujos de agua hacia el interior

del tnel etc.

Reorientacin de los campos tensionales, dando lugara cambios de tensiones. Otros efectos como subsidencias en superficie,movimientos de ladera, cambios en los acuferos, etc.


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La respuesta del macizo rocoso ante las acciones

naturales e inducidas determina las condiciones deestabilidad del tnel y, como consecuencia, las medidasde sostenimiento a aplicar. Por otro lado, el procesoconstructivo tambin depende de la forma de excavacinde las rocas, que asimismo es funcin de la resistencia,dureza y abrasividad, entre otros factores.


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ESTRUCTURA GEOLOGICA



La estructura geolgica es uno de los factores que ms

influye en la estabilidad de una excavacin subterrnea.En rocas plegadas y estratificadas la orientacin de losestratos condiciona diferentes modos de comportamientofrente a la estabilidad en un tnel, influyendo lossiguientes factores:


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ESTRUCTURA GEOLOGICA



Buzamiento de la estructura con respecto a la seccin

del tnel. Direccin de la estratificacin con respecto al eje deltnel. Tipo de pliegues.


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INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICAEN LA ESTABILIDAD DE UN TNEL




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INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICAEN LA ESTABILIDAD DE UN TNEL




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DISCONTINUIDADES



La mayora de los problemas de estabilidad se deben a la

interseccin de la seccin del tnel con planos deDiscontinuidad. Se distinguen las siguientesdiscontinuidades:1) Discontinuidades de tipo sistemtico (estn presentes

en casi todas las rocas):a) Diaclasas,b) Planos de estratificacin, yc) Esquistosidad

2) Discontinuidades de tipo singular.a) Fallas


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DISCONTINUIDADES



El estudio de las fallas y dems discontinuidadessingulares es uno de los aspectos geolgicos ms

importantes en un tnel. Para dicho estudio se requiere:- Conocer la estructura tectnica regional y local.- Cartografa geolgica y anlisis estructural.- Identificacin de fallas y su clasificacin en funcin del

origen, edad, tipo y geometra.- Identificacin de rellenos de falla, su resistencia yexpansividad.- Conocer la transmisibilidad hidrulica.- Estudios sobre las implicaciones tensionales y

sobre sismicidad.


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RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA



La resistencia de la matriz rocosa influye de forma

decisiva en el mtodo de excavacin, y es un factorimportante en la estabilidad de la misma. A partir delfactor de competencia FC = ci/v (donde ci es laresistencia de la matriz rocosa y v la tensin o esfuerzo

mximo vertical), se diferencian tres condiciones deestabilidad:-FC > 10: la matriz rocosa tiene una resistencia muysuperior a las tensiones del macizo y la excavacin es

estable.


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RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA



-10> FC > 2: la estabilidad est condicionada por el

tiempo y las propiedades de la roca, pudindoseestablecer tres tipos de deformaciones: elstica, plstica yrotura frgil con riesgo de explosin de roca (rack burst).

-FC < 2: la excavacin puede ser inestable al sobrepasarlas tensiones la resistencia de la matriz rocosa.


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REPRESENTACION Y ANALISIS DEDISCONTINUIDADES




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REPRESENTACION Y ANALISIS DEDISCONTINUIDADES




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CONDICIONES HIDROGEOLOGICAS



La excavacin de un tnel produce el efecto de un grandren hacia el cual fluye el agua de los acuferos

interceptados, dando lugar a las siguientesconsecuencias:a) Disminucin de la resistencia del macizo.b) Aumento de las presiones intersticiales sobre el

sostenimiento y el revestimiento.c) Hinchamientos y reblandecimientos en materiales

arcillosos.d) En materiales salinos se pueden formar cavidades

muy rpidamente.e) Graves problemas de avance en la excavacin.


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ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA ENUN TNEL



MATRIZFLUYENTE


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MATRIZREPTANTE


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Matriz estable


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Matriz

seudoestable


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CONDICIONES HIDROGEOLOGICAS



Las filtraciones en los macizos rocosos provienenprincipalmente de: Fallas y fracturas. Rocas de brecha, rellenos de falla, zonas alteradas. Contactos litolgicos entre rocas de permeabilidad

muy diferente. Conductos crsticos, tubos en rocas volcnicas, etc.Las cavidades crsticas pueden suponer un gran riesgode filtraciones, adems de ser difciles de localizar.

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