Geologia de Tuneles

16/4/2015 GeologiaDeTunelesEnsayosdeColegasJucbram

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GeologiaDeTunelesByjucbram|Studymode.com

ParaelProyectodeuntnelesdeimportanciacapitalelconocimientodelterrenoporelcualvaadiscurrirelmismo.Delascaractersticasdelarocadependerelmtododeexcavacin,lacuantadesostenimientoacolocar,lasmedidasdeimpermeabilizacinqueseempleeninclusoeltrazadopuedeversecondicionadoenocasionesporlascaractersticasgeolgicasdelosmaterialesatravesados.2Losobjetivosbsicosquedebecumplirunestudiogeolgicoprevioalaconstruccindeuntnelsonlossiguientes:3Definirlascaractersticasfsicasdelterrenoquevaaseratravesado:litologa,estructura,presenciadeagua,...Definirlosparmetrosquecaracterizanelterreno:resistenciaacompresinsimple,cohesin,rozamiento,permeabilidad,...LDefinirlaaptituddelterrenoenordenalaconstruccindeuntnel,generalmenteenbasealaexperiencia,yofrecercriteriosbsicosautilizarporeldiseador:mtodoconstructivo,sostenimiento,medidasespeciales,...Expresarelgradodeincertidumbrequesemantienedespusdelestudio,enfuncindelgradodedefinicindeste,enrelacincontodoloanterior.Unestudiogeolgicocompletoconstaopuedeconstardevariosmtodosdeinvestigacin.Engeneralresultaconvenienteempezarsiempreconlosmseconmicosparaobtenerunaideageneraldelproblema,ypasarluegoalosmtodosmsprecisosymscostososparadespejarlasincertidumbresquehayanpodidoplantearse.Latabla3.1ofreceunapanormicacompletadetodoslosmediosdeinvestigacinusadoshabitualmente,juntoconlainformacinqueseextraedecadaunodeellos.Dadoqueelmbitodelpresentemanualsereducealostnelesdecarreteraexcavadosenroca,enlaredaccindeestecaptulonoshemoslimitadoaestecaso.Lostnelesensuelosrequierenuntratamientobastantediferenteytienenunatecnologapropia.

EXCAVACINYAUSCULTACIN

CompoitnrizientorielinacizorocosonescalnredDedmcindeparimetiosdelalacaporetmarzilisisdelosresultadosde/anrucultncrn~

1iqJ4Fpr



econocimientosprevios1A\~,~\LIssLALITERATURAEXISTENTELaprimeraaproximacinquesedebehacerenDEtodoestudiogeolgicoeslarecopilacindetodalainformacinquesepuedaconseguir,publicadaynopublicada,delazonadeestudio.stapermitedisponerdegrancantidaddedatosaprovechandoeltrabajorealizadoconanterioridadporotrosprofesionales.LageologaagranescaladetodoelpasestpublicadaporelInstitutoTecnolgicoGeominerodeEspaa(ITGE)ensuplanogeolgicoaescala1:50.000,SerieMagna,queofrecedatosdeestratigrafa,tectnica,historiageolgica,petrologa,hidrogeologayotros.Elestudiodeestapublicacinpermiteconocerbastantesdatosprimariosdeinters:litologadelosterrenosatravesadosporeltnel,fallasoplieguesdeimportancia,periodogeolgicoalquecorrespondenlosmateriales,etc.ElITGEtieneotraspublicacionesquepuedenresultarinteresantessegnloscasos,entre

ellasestelMapaGeotcnicoGeneralaescala1:200.000,aunquenosueleaportarmuchosdatosdebidoalapequeaescalaaqueestrealizado.TambinestdisponibleelMapaHidrogeolgicodeEspaa,aescala1:200.000,queofreceinformacinsobreformacionesporosas,fisuradasykarstificadas,aforos,consumosdeagua,inventariodepuntosdeagua,nivelesfreticosyflujossubterrneosdeagua,etc.EnelmbitodelPasVasco,elEVE(EnteVascodelaEnerga)hadesarrolladounosestudiosdegraninters,ytienepublicadoelplanogeolgicodelPasVascoaescala1:25.000.Porotraparte,sienlasproximidadesdeltnelenproyectoexistenotrasobrascivilesoexplotacionesminerasdeimportancia,esmuyprobablequeexistanestudiosgeolgicosrelacionadosconellas,quepuedenlocalizarse,porejemplo,enlacopiadelProyectoConstructivocorrespondientequenormalmentedebeestardisponibleenelarchivodelMinisteriodeObrasPblicas,TransportesyMedioAmbiente,DiputacionesForales,oelorganismocompetenteLOSparesdefotografasareasestudiadasestereoscpicamentesondemuchautilidadparalosestudiosgeolgicos.Permitenobservaraccidentestectnicos,estratigrficosygeomorfolgicosconbastantemsclaridadquesisonobservadosinsitudesdeelsuelo.Parainterpretaradecuadamentelasfotosareasesnecesariaciertaexperienciaporpartedelgelogo,quedebecompletarconelreconocimientosobreelterrenodelazonadeestudio.Existentcnicasespecialestalescomoinfrarrojos,fotosencolor,oblicuasoinvestigacinconradar,peroelsistemamsusadoeseldelasfotografasverticalesenblancoynegrotradicionales,yaquelosotrossistemassloaportandatosdeintersencontadasocasiones.Enlibrerasespecializadaspuedenencontrarsefotografasdelatotalidaddelterritorioespaol,perotienenelinconvenientedequesuelenserantiguas.SonpreferibleslasfotosrecientesquesehayanobtenidocomopartedelProyectodeTnel,enconcretoparaelaborarlacartografa,queesunpasopreviodecualquierproyectodecarreteras.



RECONOCIMIENTOSSUPERFICIALESLOSreconocimientossobreelterrenocompletanlainformacinqueesposibleobtenerdirectamente,sinmediosauxiliares.Elestudiotomarenconsideracinlageomorfologadelazona,lahidrogeologasuperficialyelestudiodeafloramientosrocosos.Dentrodelahidrogeologadebenestudiarselossiguientesaspectos:surgenciasdeagua,redesdedrenajesuperficial,indiciossuperficialesdekarstificacinypresenciadevegetacin.Elestudiodelosafloramientosesmuyimportante,yaquepermitecaracterizarlarocasuperficialmente,ytenerunaideadecmosepuedeencontrarenprofundidad.Debedeterminarse,porunlado,lalitologaexactadelafloramiento,yporotro,lacaracterizacindelasjuntaspresentesenelmacizorocoso.Losparmetrosquedebenserdeterminadosparacadafamiliadejuntasobservadasonlosqueacontinuacinsedescriben:TIPOYNUMERODEFAF\RILIAS.Se

FOIOGRAF~ASACREAS

debedeterminarenprimerlugarelnmerodefamiliasdejuntaspresentesenelmacizo(generalmentetres),yelorigendecadauna:sisetratadeunadiaclasa,delaestratificacinodealgntipodeesquistosidad.

OR!ENTACI~NLaorientacindeunajuntasedescribemedianteelbuzamientoyla.

direccindebuzamiento,obienmedianteelrumboyelbuzamiento.Elsignificadodecadaparmetrosepuedeobservarenlafigura3.1.Laorientacindeunajuntasemideconlabrjuladegelogo.Comogeneralmenteesvariabledeunaszonasaotras,ypara

corregirerroresdemedida,sedebenefectuarunnmeroaltodelecturas,enelmismoafloramientoyenotrosprximos.Losdatosdecadamedidaserepresentanenundiagramaestereogrfico(figura3.2),y,medianteunatcnicaestadstica,seobtieneunvalorrepresentativoparaelbuzamientoydireccindebuzamientodecadaunadelasfamiliasdejuntaspresentesenelmacizo,queessimplementeelcentrodegravedaddelospolosmscercanos.EstaDirecciondebuzamientooperacinsepuederealizarmanualmenteconayudadeunaplantillaobienmedianteordenadoryalgnprogramacomercial.Rumbo=i)~uzamiento=pDirecciondeBuzamiento=a

l[



ESPACIAMIENTO.espaciamientoesladistanciaElexistenteentredosjuntasdeunamismafamilia,quetericamentesondosplanosparalelos,ydebemedirseenladireccinperpendicularadichoplano.Enelcamposemideconcintamtrica,corrigiendoelvalorsegnelngulorelativoentrelosplanosencuestinyelplanosegnelcualsehamedido(figura3.3).Esconvenientemedirenvariospuntosyobtenerelespaciamientomedio,puespuedevariardeunaszonasaotras.PERSISTENCIA.Lapersistenciaesladistanciaalolargodelplanoquecontienelajuntaqueestrealmenteocupadaporsta.Midelacontinuidaddelajuntadentrodesuplano.Sueleserdelordendevariosmetros,porloquesumedicinpuederesultarcomplicada.Enmuchasocasioneslajuntaespersistenteentodalazonaqueaflora,peronoesposibleconocerloquesucede,msall,enelinteriordelmacizorocoso.RUGOSIDAD.Larugosidadmidelafacilidadquepresentaunajuntaaldeslizamientoafavordesuplano.Numricamentestaserepresentaporlacohesinyelnguloderozamiento,queseobtienenmedianteensayosdelaboratorio.Enlosreconocimientosdecampo,noobstante,sepuedeestablecerunaclasificacincualitativa.Laclasificacinseestableceennuevegruposcondoscriterios:larugosidadapequeaescala(centmetros)yamedianaescala(metros).Apequeaescalalajuntapuedeser:rugosa,suaveolisa,yamediaescalapuedeser:escalonada,onduladaoplana.Enlafigura3.4semuestralaclasificacin.Bartonhaelaboradounaexpresinquepermitecalcularelnguloderozamientodelajuntaapartirdesurugosidad:

Hemisferio

Discontinuidad(K)

estereogrjcadejuntas

9,=JRC.lag,,+%0,

JCS

di'icontinuidadesI

Sr=sm*Sena

RUGOSAISUAVE/'



II111

/

A

LlSAESCALONADA

RUGOSAIV

vVI

SUAVE/

LlSAONDULADA

donde,$,:nguloderozamientodepicoJRC:JointRoughnessCoefficient,queseobtienedelarugosidadobservadaenlafigura3.5.JCS:JointWallCompressionStrenght,queeslaresistenciaacompresinsimpledelasparedesderocajuntoaladiscontinuidad.o":Tensinnormalefectiva(sincontarlapresindeagua)queactaperpendicularmentealplanodelajunta.gr:nguloderozamientoresidual,sepuedetomarcomo30".LTE21:1~~1Indicaladescomposicinsufridaporlapartederocaqueestencontactoconlajunta.Seutilizaunaescaladeseisvaloresconlossiguientessignificados:\

RUGOSAVI1SUAVEVlllLlSA

,.

/

\

IX



PLANA

1.Rocasana,noalterada.2.Ligeramentealterada.3.Moderadamentealterada.4.Altamentealterada.

5.Completamentealterada.6.Sueloresidual.3r7i~Laaperturaesladistanciaentre.Alasparedesderoca,obien,laanchuradelajuntamedidaperpendicularmenteasuplano.Oscilaentrecero(completamentecerrada)yvarioscentmetros.,\

PERFILESTIPICOSDERUGOSIDADJRC02

l

i:\:~,

Sedebeindicarladescripcrnlitolgicaomineralgicadelmaterialquerellenalajunta,siexiste.Losrellenosmshabitualesson:

s

Ningnrelleno.oMineralizaciones:calcita,cuarzo,pirita,etc.Arcilla.Limo.Arenaograva.eRocadescompuesta,condiversosgradosdealteracin.'F:SEi'\rC1L\?Ec,.Seindicadeformacualitativaelestadodelajuntaenrelacinconelaguaqueafloraporlamisma:seca,hmeda,goteos,flujocontinuodeagua,etc.Tambinsepuedeindicarsielrellenohasidolavadoporlafluenciadeagua.Sielflujoesaltopuedeestimarseelcaudalenlitrosporminutoypormetrodejunta.

PeijGlesderugosidadparaelclculodeJRC

o

5

1o



0cm.ESCALA

m

Algunosmtodosgeofsicostienenunaseriedeventajasquehacenquesuuso,enlosestudiosgeolgicogeotcnicosparatneles,sehayangeneralizado.Enprimerlugar,setratademtodosrelativamenteeconmicos,porloquepuedenutilizarseconciertaamplitud.Porotraparte,tantolaobtencindedatosencampocomolainterpretacindelosresultados,sepuedellevaracaboenpocotiempoy,porltimo,sonmtodosnodestructivos,porloquenodeterioranlazonadondesonutilizados.Tienenlosinconvenientesdeunaprecisinmenorquelossondeos,yque,parasuinterpretacin,sonnecesariosconocimientosespecficosyunaexperienciaadecuada.Existenactualmentedisponiblesunnmeroimportantedemtodosgeofsicos:elctricos,trmicos,radioactivos,gravimtricos,magnticos,ssmicos,etc.Desdesuperficieseusaprincipalmentelassmicaderefraccinydesdeelinteriordelossondeos,yalolargodelosmismos,sepuedenrealizardiversastestificacionesgeofsicas,diagrafasologs,delasdistintaspropiedadesfsicasdelmacizorocosocomo:densidad,resistenciaelcrica,velocidadsnica...Elrestodelosmtodossuperficialestienenintersnicamenteparaproblemasconcretosyparaciertastcnicasdeexploracindeyacimientosminerales,petrolferosyaguassubterrneas,porloquenosonobjetodeestudioenestaspginas.

ss!ii,!?rc~REFT'\?CCI~~NLassmicaderefraccinsebasaenelestudiodelaDEpropagacindelasondasssmicasenelterreno.Lavelocidaddepropagacindeestasondasesfuncindeltipodematerial,desuestructura,composicin,densidad,contenidodeagua,etc.,porloquelassmicaproporcionabastanteinformacinacercadelascaractersticasdelterreno.Cuandounaondapasadeunmaterialaotrodistinto,seproduceelfenmenodenominadorefraccin,quesemanifiestacomoconsecuenciadelasdiferentesvelocidadesdepropagacindelaondaencadamaterial.Larefraccinconsisteenladesviacindeltrendeondasunciertongulo,funcindelarelacinentreambasvelocidades.Lasondasssmicassonlaformaenquesetransmitelaenergadetipoelsticootensodeformacionalatravsdelterreno.Existendostiposprincipalesdeondas,dependiendodelarelacinentreladireccindevibracindelaspartculasyladireccindepropagacindelaonda(vasefigura3.6):CNDASL:~~\!STUD!R\IALES.primariasoP.Son

aqullasenlasquelaspartculasvibranenlamismadireccindelapropagacindelaonda.Sonondasdecompresin,suvelocidadesmayorquelosdemstiposdeondasy



puedentransmitirseporloslquidos.ONDASIRANSiIEII5ALES.secundariasoS.Laspartculasvibranperpendicularmentealadireccindepropagacindelaonda.Sonondasdecortante,suvelocidadesmenorynosetransmitenenmediolquido.

Tiposdeondas

Existentambinondassuperficiales,queseformanalolargodeloscontactos,porejemploenlasuperficiedelterreno(ondasL).

obtencindeztnpeirfZlssmico

W1751,144

LarelacinaproximadaentrelavelocidaddelasondasPySeslasiguiente,vlidaparaCoeficientedePoissonu=0.25:Vp=1.732VsElequiponecesarioparaefectuarunainvestigacinssmicaincluyelafuentedeenerga,losdetectoresyelequipodegrabacindelosdatos.Lafuentedeenergaeselmecanismoqueproducelaonda,ypuedeserunmartillo,unaspesasquesedejancaerdesdeunaciertaalturaoinclusoexplosivos.Laondasedetectamediantelosaparatosdenominadosgefonos,quetransformanelmovimientoenunasealelctrica.Lasealserecogeyalmacenaenunsismgrafo.Losgefonossesitanalolargodeunalnearectallamadaperfilssmico.Losperfilessuelenserdeunos100metrosdelongitud,colocndoselosgefonosaintervalosregularescada10metrosaproximadamente(verfigura3.7).LalongituddelperfildebeserdeunastresveceslamximaGefonosMazaprofundidadquesevaainvestigar1conobjetodepoderrecibirlasondasrefractadas.Conlosperfilesnormalesde100metrosseexploraelterrenohastaunaprofundidaddeunos30metros.Apartirdelosregistrossismogrficosobtenidos,sepuedendeterminarlasvelocidadesdepropagacinVpyVsdelasdistintascapasdelterrenoascomolasprofundidadesdeloscontactosentredistintosmateriales.Parasudeterminacinexistenvariosmtodos(MtododelosFrentesdeOnda,MtodoMsMenos,...)queseutilizanconayudainformtica.Enlafigura3.8semuestraunperfiltpicoobtenidoconssmicaderefraccin.,,,,,,,,,I17SWApartirdelavelocidadVppuede168192DISTANCIA(M)estimarselaripabilidaddeunVELOCIDADSlSMlCAENrnlsgterreno(figura3.9),asicomosugradodealteracinyfracturacin(figura3.10)mediantelacomparacinconlosvaloresconsideradostpicosparacadatipoderoca.TambinsepuedenobtenerelmdulodeelasticidadyelcoeficientedePoissondinmicosdelarocamediantelasexpresiones:

,



Ripabilidaddeunterrenoenfuncindelavelocidadssmica

mRIPABLECONUNTRACTOR

L__

0RIPABLESOLAMENTETRASROTURAPOREXPLOSIVOS

ivlARGlNALORIPABLEPORDOSTRACTORESENTANDEM

siendoyladensidaddelaroca.

I

MATERIALSUELOSSuelosuaerficialLoessAluvialsueltoColuvialsueltoAluvialfirmeColuvialfirmeArcillasMorrenasalaciales(Comoactas)Residual

d

I

Velocidad

(m/S)

1111

ROCASSEDIMENTARIASAreniscasLutitasBlandaCristalinaAnhidrita.Yeso.Sales

ROCASMETAMORFICASPizarrasEsauistosGneisMarmolCuarcitas



11

I

ROCASIGNEAS

VelocidadestQicas1depropagacinsegnmateriales

GranitoGranodioritaGabroDiabasaBasaltoNOTAS:(1)Lasvelocidadesensuelossonparamaterialseco

(2)Lasvelocidadesenrocadecrecenconlaalteracinylafracturaciondeesta

Enelproyectodetnelesdecarretera,laaplicacinmshabitualdelassmicaderefraccineselestudiodelasboquillas,yaquedeterminalasprofundidadesdelarocasanayalteradaypermiteestablecerelpuntomsconvenienteparaelemboquilledeltnel.Paraelestudiodelascaractersticasdelarocaaprofundidadesgrandes,puedenemplearsealgunodelosmtodosdescritosacontinuacin,quenecesitanlaperforacinpreviadeunoovariossondeos:3PiiOLL.LOSgefonossecolocanenlasuperficieylaenerga,habitualmentemedianteexplosivos,seproduceenelinteriordelsondeoaprofundidadesvariables.

DU~&N~DLEESelsistemacontrario,laenergasesuministraenlasuperficieyel.gefonosesitaaunaciertaprofundidadeneltaladropormediodeunasonda.C%G~SHOLE.utilizacuandosetienenvariossondeosalolargodelatrazadeunSetnel.Enunodeellosseproducelaondayenlosotrossecolocangefonosaprofundidadessimilares.Estoserepiteavariasprofundidadesparacaptarlasvelocidadesssmicasencadaestratodelmacizo.

geofsicadeunsondeo,permitemedirlaspropiedadesfsicasdelterrenoatravesadopordichosondeo.Paraelloseintroduceunasondaotorpedoeneltaladro,quellevaensuinteriorlosaparatosgeofsicoscorrespondientes.Enelexteriorsedisponeunapoleacalibradaparapoderconocerlaprofundidadexactaaqueestlasondayunsistemaelectrnico,normalmenteunordenadorpersonalporttil,querecogeyalmacenalainformacinqueleenvalasonda.



Comoresultadofinalserepresentalamagnitudmedidaenfuncindelaprofundidadalolargodelsondeo,ysecorrelacionaconlatestificacingeolgicaquesehaefectuadodelmismo(figura3.11).

ELEVO

LOG"9PCB'S20

(PPNI75

,O

ioc

Ejemplosdediagdfas

Acontinuacinsedescribeseparadamentecadaunadelasdiagrafasqueseempleanmshabitualmente.

Semidelaresistenciaelctricaentreunelectrodocolocadoensuperficieyotrosituadoenlasonda,paralocualelsondeosedeberellenarconunfluidoconductor.Otraposibilidadestransmitirunacorrienteelctricaentrelasuperficieylasonda,ymedirlaresistenciaentreotrosdoselectrodossituadostambinenlasondaEstelogpermiteidentificardistintasIitologasyfijarcontactosentrediversosmateriales.Tambinpuedelocalizarzonasporosasypermeables,queconducenmejorlacorrienteelctrica.CL

..rS'S:3ci,

rix3

rz3ca,~zsElPotencialEspontneooSPmideladiferenciadepotencialelctricoentreunelectrodocolocadoenelinteriordelasondayotroenlasuperficie.PermitedistinguirdistintasIitologas,localizarcontactosydetectarzonaspermeables.S



.Uz3iri,o:

Enlasondasedisponeunsistemaqueproduceunacorrienteelctricaalternadealtafrecuencia.staproduceasualrededoruncampomagnticovariable,quesetransmiteporlaroca,ygeneraenstacorrientessecundariastambinvariables.stasasuvezcreanuncampomagnticosecundarioqueesregistradoporunsensorsituadotambindentrodelasonda.Sedetectanconestemtodolaszonaspermeablesyfracturadas,ascomoloscontactosentredistintasIitologas.

i*IL:CcaC\'

z_::ie

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A=,

a=,

S~~

Conestemtodosemidelaradiactividadnaturaldelmacizoconunsistemasensiblealosrayosgammacolocadoenlasonda.Sualcanceesdeunospocoscentmetros.PermitedistinguirlaIitologaenformacionessedimentarias,yaquelasarcillasypizarrastienenuncontenidoaltodemineralesradiactivos,mientrasquelascalizasyareniscaslotienennormalmentebajo.Puedenexistirperturbacionesdebidasaintrusionesvolcnicasosedimentosgranticos.CC,,_,7:i

'/.i

,),,,

c



qc\:?S*.Enlasondasecolocaunafuenteradiactivadeneutronesrpidos.Losneutroneschocanconlostomosdehidrgenodelarocaysondecelerados,siendoabsorbidosporotrosncleosatmicosdelterreno.Enestaabsorcinsedesprendeunrayogamma,queesdetectadoporunsensorsituadoenlasonda.Dadoquelamayorpartedelostomosdehidrgenodelterrenocorrespondenalamolculadeagua(HzO),estelogpermitedistinguirlaszonascondistintoscontenidosdeagua.

~~2,~s,#AElloggammagammaproporcionaunamedidadeladensidaddelarocaporelsiguientesistema:unafuenteradiactivaderayosgammacolocadaenlasondaemiteestaradiacin,queesparcialmentereflejadaporelterrenoproporcionalmentealadensidaddeste,ycaptadaporunsensorqueestenlasonda.s~s,~/tll~s~pt

~353,\iicc.Enlasondasesitanunemisoryunreceptordeondasacsticaso5sonoras,ysemideeltiempotranscurridoentrelaemisinylarecepciny,portanto,lavelocidadsnicaodepropagacindelasondasdecompresinsonorasporelmaterial.Enecesarioqueelsondeosellenedeaguaolododeperforacin.sPermitedistinguirdistintaslitologasyporosidades,yconotrosdatostalescomoladensidad,sepuedencalcularlosparmetroselsticosdinmicosdelaroca.

J~ET?S2:/IAJ'C.t.iEnestelogsimplementesemideeldimetrodeltaladroalolargodesulongitud,quesepuedecorrelacionarconlaresistenciadelarocaosutendenciaadesmoronarse.

LO^TERMICO.Elsondeodebeestarllenodeunfluido,generalmenteagua,ysedejaenreposoparaquelatemperaturadelaguaseequilibreconladelterrenocircundante.Entoncessemidelatemperaturaalolargodelalongituddeltaladropormediodeuntermmetroalojadoenlasonda.Elregistrodetemperaturastericamentedebesercrecienteconlaprofundidad,aungradientedeungradocada40metros,aproximadamente.Lastemperaturasanmalasindicannormalmenteentradaosalidadelfluidodeltaladro,sealandozonasconunaciertacirculacindeagua.

7sondeosmecnicossonelmtodomsutilizadoparala1Los~'PIGR~A~iDADE5

investigacingeolgicadelostneles,puesproporcionaunainformacindirectadel



materialrocosoqueseencuentraenprofundidad.Lacampaadesondeosdebesercuidadosamentepreparadaconobjetodeoptimizaralmximoelnmeroylalongituddelosmismos.Antesdeplanificarlacampaadesondeossedeberealizarelestudiogeolgicodesuperficiequepermitatenerunaideaaproximadadelarocaquesevaaencontrar,ydndepuedenlocalizarselospuntospotencialmentemscomplicados.Losobjetivosdeunacampaadesondeospreviaalproyectodeuntneldebenserlossiguientes:Estudiarlasboquillas:litologa,profundidaddelarocasana,presenciade

agua,etc.Detectarlasdistintaslitologaspresenteseneltnel,ydecadauna,obtenermuestrasparaseranalizadasenellaboratorio.Analizarlaszonasdondepotencialmentepuedanexistirfallasorocadepeorescaractersticas.Lossondeospuedenserverticales,horizontalesoinclinados.Lonormalesqueseanverticales,emplendoselosotrosparafinesespeciales.Elmtodousualdeperforacinesarotacinconcoronadediamantesowidia,quepermiteobteneruntestigocontinuodelterrenoatravesado.Enlaszonasdondenoseanecesarioobtener1BOCADEDIAMANTE4ANILLODECALIBRADO7TUBOEXTERIORtestigoentodalalongitud2ANILLOSEPARADOR5TUBODEEXTENSION8COJINETEDEBOLASdelsondeo,puedeemplearselaperforacinarotacincontriconooapercusin.Paraobtenertestigoderocaseempleageneralmenteunacoronadedobletubocomoladelafigura3.12,siendolosdimetrosdeperforacinydetestigomsfrecuentementeusadoslosquefiguranenlatabla3.2.

QQQ

ESllilcAClO~vezobtenidoelnecesarioprocederEIlUnamismo,esdecir,testigodeunsondeo,esdedatosgeofsicosalatestificacindelextraerdelunaserieyI

Columnadeunsondeo

representarlosenfuncindelaprofundidad.Esconvenienteacompaarlatestificacinconunasfotografasencolordeltestigocolocadoenlascajasportatestigo.Lafigura3.13esunacolumnatpicadeunsondeo,talycomosesuelenrepresentarhabitualmentelosdatos,ylafigura3.14eslafotocorrespondientedeltestigo

1



ima

l

I

FECHAREVSMANIO.BATERLong.DTATipoDiam.Recup.m)Diam.Prof.N.F.(%)

=

3

2LITOLO.,

R.Q.D.DESCRIPCION

Fracturas130cm.101

GradodeAlteracinllll

ENSAYO

g

1

a

W

255075111

24816111IIIIVV



99,sTUBOPVC

ieriedetransicin2aI=240"125"35"11=80"90'

PROYECCIONESTEREOGRAFICAPOLOSDEDlSCONTlNUlDADESN

,brasividmedia1.A.d.ilurabilidalta99.459

70N.F.nin

Losdatosdebensertomadosporungelogoconexperienciaydeformaminuciosa.Acontinuacinseresumenlascaractersticasdelterrenoqueseobtienenmsfrecuentemente:INFORMACI~NGENERAL.Se

indicarelnmerodesondeo,ellugarylafechaderealizacinylascoordenadasdelemplazamiento.Tambinlainclinacindelsondeosinoesvertical,yeltipodecoronayeldimetrodeperforacinalolargodelmismo.

LITOLOG~A.S~unadescripcinlitolgicadelosterrenosatravesados,separandoincluirlosdiversosmaterialeseindicandolaprofundidaddecadacontacto.Tambinsesueleincluirunacolumnaconladescripcingrfica,mediantediferentestramas,delasdistintaslitologas.

?ZCU?ERA.C~&~JDETESTIGGYRQ2.Larecuperacindetestigoeslarelacinentantoporcientoentrelalongituddeltestigoylalongituddeltaladro.Cuandoelsondeoestbienejecutadoseaproximanormalmenteal100%,yserepresentaportramoshomogneos.ElRQD(RockQualityDesignation)sedefinecomolarelacinentantoporcientoentrelasumadelongitudesdelostrozosdetestigomayoresde10cmylalongitudtotaldeltaladro.Serepresentatambinportramoshomogneoshabitualmentedeformagrfica(vasefigura3.13).

,,b,,&~r$i\!.juntaseobtienensuscaractersticasrepresentativas,yaanalizadasDecadaenelapartado3.2.3.Enunsondeoesposiblemedirelbuzamiento,tipodejunta,



espaciamiento,rugosidad,alteracin,aperturayrelleno.Habitualmentenoesposibleconocerladireccindebuzamiento,anoserqueelsondeoestorientado:entalcasoaltestigoselehaceunamarcaantesdesacarloindicandoladireccinnorte.Otroparmetroqueseobtiene,yquedaunaideadelgradodefracturacindelmacizorocoso,eselnmerodejuntascada30cmdetestigo.Serepresentaenescalalogartmica.*.rT3jD

.~,tis~r,r,iCr\i.SerepresentaelgradodealteracindelarocaalolargodelsondeosegnunaescaladeIaVI(vaseelcaptulo3.2.3).ElIrepresentalarocasanayelVIcorrespondeasueloresidual.N?hjEiFRSAT!CO.Sedebemedirelnivelfreticoensucesivosdasdespusdelaperforacindelsondeo,hastaqueseestabilice.Estosepuedehacermedianteunpiezmetro.Eltipodepiezmetromscomnesunasondaqueseintroduceporeltaladroydetectaelctricamentelapresenciadeagua.

indicarselasprofundidadesalasquesehanextradomuestrasdeltestigo,sutipo,ylosresultadosdelosensayosdelaboratorioefectuadossobreellas.

iitlises~~~ENSAYOS.Deben?s

Ensayosinsitapermeabilidadinsitudelmacizorocoso,aunquemsbiendeformacualitativaquecuantitativa.Elmecanismodelensayosemuestraenlafigura3.15:enelsondeoyaperforadoseseleccionalazonaaensayar,queseaisladelrestomediantedosobturadores.Medianteunabombaseinyectaaguaenlazonadeensayoaunapresindada,midindoseelcaudalqueesnecesarioaportarparamantenerlapresinfija.Dichocaudaleslacantidaddeaguaquesefiltraalaroca,normalQ=Caudal(I/min)SondeoP=Presin(Icp/cm2)menteatravsdelasjuntas,yaquelamatrizObturadorrocosaesmuchomsimpermeablequeestas.ElensayoserepiteparaFiltracionespresionescrecientesentreOy10KplcmzyluegoparapresionesdecrecientesnuevamentehastaOKplcmz.Serepresenta4benungrficopresin1Entre46y76cm.caudal(figura3.16),indicandoconflechaselcaminoseguidoenelensayo.

EnsayoLugeon

1



ensayoLugeonI

Elaspectodelacurvaindicaelfenmenoqueseproduceenelmacizocomoconsecuenciadelacirculacindeagua:flujolaminar,atoramientodelasjuntas,destaponamiento,etc.Enlafigura3.17semuestrangrficastpicasdedistintosensayosLugeonjuntoconsuinterpretacid5).

Elestadotensionalinicialdelmacizorocosoesunodelosfactoresdeterminantesdelaestabilidaddeuntnel,pueslasfuerzasquevanaactuarsobreelsostenimientosonlasdebidasprecisamentealarelajacindedichastensionesnaturales.Enterrenossueltossueleadmitirsequeelestadotensionaleslitosttico,esdecir,debidoalpesodelterreno.Entalcasolastensionesenunpuntodadosonlassiguientes:MEDIDADETENSIOl\lESNATURALESDELAROCA

Tensinvertical:

Tensinhorizontal:

Tensinestangenciales:,Z,

=o

siendo,y:PesoespecficodelterrenoH:Profundidaddelpuntou:CoeficientedePoissondelaroca(entornoa0,3)Noobstante,enlosmacizosrocososlastensionessuelenserbastantedistintasdelaslitostticas.Ellosedebeaquelarocamantieneciertastensionesresidualesdebidoasuhistoriageolgica:fallas,pliegues,erosiones,sedimentaciones,etc.queincrementanorelajantensionesyporlotantomodificanelestadotensionaldelaroca.Sehandesarrolladociertosmtodosquepermitenevaluar,deunaformarelativamenteaproximada,lastensionesdelarocaagranprofundidad,aprovechandolossondeosperforadosenelmacizo.Losmtodosmsutilizadossonlosquesedescribenacontinuacin:OVEKCORING.ElprocesodelensayoOvercoringsemuestraenlafigura3.18.Enel

Ensconclulatriaxal

I



fondodeunsondeoseefectauntaladrocoaxialdemenordimetro,encuyointeriorseintroduceysefijaalarocamedianteunaresinaunaclulatriaxial,queescapazdemedirdeformacionesenladireccinradialylongitudinal.Acontinuacinseperforaunanilloentornoalaclula,larocaseexpande,ysemidenestasdeformaciones.LastensionessecalculanaplicandolateoraelsticaconocidoselmdulodeelasticidadyelcoeficientedePoissondelaroca.EstosparmetrospuedenobtenerseenlaboratoriomedianteelensayodeCompresinSimple.Otraposibilidadesextraereltestigoconlaclulayaplicarunapresinradialuniformequeequilibreladeformacinproducida.Dichapresindebecoincidirconlatensindelmacizorocosoperpendicularmentealejedelsondeo.

Existeotromtodomsantiguoperomssimple,llamado"DoorStopperU,cuyomecanismoapareceenlafigura3.19.Enelfondodeunsondeosefijaconresinaunmedidordedeformacionesradiales.Seefectaunaperforacindeunanillocomoenelcasoanteriorysedejaalarocadeformarse.EstadeformacinsemideymediantelasecuacionesdelaElasticidadpuedeobtenerselatensindelmacizorocosoperpendicularal,ejedeltaladro,esdecir,laosupuestoqueelsondeoesvertical.FLATJACK(GATOPLANO).ElprocedimientodelensayoseColocacindelmuestraenlafigura3.20.Condispositivomunasierraradialseperforauna/Sranuraenunaparedderoca,midindoseladeformacinproducidaentreunospuntosdemedidapreviamentefijadosalterreno.Acontinuacinseintroduceungatoplanoenlaranuraysedapresinhastaequilibrarlasdeformaciones.Latensindelarocaenladireccinperpendicularalaranuracoincidirconlapresindelgato.Esteensayoeshabitualefectuarloengalerasdereconocimiento,encuyocasopuederealizarseconorientacionesdiversasenelfrenteyenloshastiales.Existetambinlaposibilidaddellevarloacaboenunsondeomedianteunasondaespecialmenteconcebidaparaesteuso.

@g//&U

FRACIURACI~H~L~RAUL~CA.NEsunadeterminacinindirectaymenosprecisaquelasanteriores,peroacambiopuederealizarseagrandesprofundidadesdeformafcil.Untramodesondeoseaislacondosobturadoresyseintroduceentreambosaguaapresinhastaromperlaroca.Despussesiguemidiendolapresindelaguaconformelafracturasevaampliando.OTROSENSAYOSINSITU



EnsayoHat/dck

ENSAYODEPLACADECARGA.Existenotrosensayosinsituqueseempleanenocasionesyqueofrecenunainformacin

valiosa,peroquenoseutilizan,salvoenocasionesespeciales,porsucosteocomplejidad.Seefectaenelinteriordeunagaleradereconocimientoexcavadaenelmacizorocoso.Medianteunosgatosseejerceunapresinsobrelasparedesdelagalera(figura3.21),midindoselasdeformacionesconunosextensmetros.Delresultadopuedededucirseelmdulodeelasticidaddelterreno,quesertantomsrepresentativocuantomayoresseanlasdimensionesdelaplaca.Elinconvenientedeesteensayoeslanecesidadderealizarlaexcavacindeunagaleray,portanto,elelevadocostedesurealizacin.reconocimientosetallaunaprobetaaislandoelplanodediscontinuidadquesequiereensayar(figura3.22).Saplicaunacarganormaleyotratransversalhastalarotura.Repitiendoelensayocondistintastensionesnormalessededucelacohesinyelnguloderozamientodelajunta.Lacomplejidadycostedeesteensayohacequenoseutilicehabitualmenteparaelcasodelos

Columnadetransmisindeesfuerzos

decaqp")

.~i~,a,yc5"ESiS,B~T~CG.Tambinllamadodilatmetro.Consisteenunaparatoqueseintroduceenunsondeohastaunaprofundidaddada(figura3.23).Medianteuna*a

m/e,d

iohrnnadetransrnmonapoyos

MANOMETROS

PlanodecorteNIVEL

'



Bentonita

PRESIOMETRO

bombaseintroduceaguaapresin,midindoseladeformacinradialquesufreeltaladro.Larelacinentreambaseselmdulopresiomtrico,delcualpuedededucirseelmdulodeelasticidaddelaroca.Sehaempleadoenocasiones,perotieneelinconvenientedeunaelevadadispersinydequeofrecevaloressuperioresalosreales,yaquealcomprimirselarocaentodaslasdireccionesstatieneunmejorcomportamientoresistentequeenelcaso,porejemplo,delensayoacompresinsimple.

rr'swmsDEDEI\~T~~CA~ISe!describenacontinuacinlosensayosmsU\comnmenteutilizadosparalaidentificacinydescripcindelasmuestrasderoca,extradasporlogeneraldelossondeos.Lii.f,/'iipiADE&$,l>,A,.

Eselprocedimientoqueaportamsdatosenrelacinconlacomposicinmineralgicaypetrogrficadelaroca.Deunamuestrasetallaunalminaconunespesordefraccionesdemilmetroystaseexaminaconunmicroscopiopetrogrficoconluznormalypolarizada,obteniendolascorrespondientesmicrofotografas.Lascaractersticasquesepuedenobtenerson:ladeterminacindelosmineralespresentesenlaroca,ladeterminacindelostamaosdegrano,delasmicrofracturacionesydeposiblesalteraciones,yelanlisisdelamatrizqueenvuelvelosgranos,etc.

Todosestosensayossellevanacabodeformasimilar,operandoconelpesoaparente,secoosaturadodelamuestrayconsuvolumen.Lamuestrasesaturaintroducindolaenaguacontenidaenunrecipienteenelquesehapracticadounvacoporunperododealmenosunahora.Parasecarlamuestraseintroduceenunaestufaaunatemperaturade105Chastaquesupesoseestabiliza.Lospesossemidenconlabalanzaylosvolmenesintroduciendolamuestraenaguaomedianteuncalibresisetallapreviamenteconformaregular.Contodoelloseobtienenlosresultadosoperandotalcomoseindicaenlatabla3.3.Gcb!S!i3.A>,tiLibf.EDAC\:l@POSILr?D.

GRUPO



PARMETRO

OBTENCIN

tienenporobjetoobtenerlascaractersticasresistentesydeformacionalesdelasrocas,quegeneralmenteluegoseempleanenlosclculosdeestabilidad.Enlaboratorioobtendremossiempreunosparmetrosvlidosparalarocasana(lamuestraensayadaesunespecimenderocasana),peroquedebernserconvenientementereducidosparaseraplicadosalmacizorocoso,quecontiene,ademsderocasana,variasfamiliasdefracturasconrellenosmsdeformablesymenosresistentes.

VELOC~DAD&\~IcA.Esteensayoconsisteenmedirlavelocidaddepropagacindelassondasssmicasatravsdeunamuestraderoca.Paraelloseutilizauntransmisoryunoovariosreceptoresadheridosalamisma.Conunosciloscopiopuedecontrolarseymedirselapropagacindelaonda,obtenindoselasvelocidadesdelasondasPyS:VpyVs.

DeellaspuedendeducirseelmdulodeelasticidaddinmicoyelcoeficientedePoissondelarocasanaconlasmismasexpresionesqueaparecenenelapartado3.3.2.RESISTEi\jCib,A,C~!WP\ESI~ISiivIIE.Sobreunamuestracilndrica,dealturacomo,\~mnimoiguala2veceseldimetro,seaplicaunafuerzaaxialP(vasefigura3.24),hastalarotura.Midiendolasdeformacioneslongitudinalytransversalsepuededibujarlacurvatensindeformacin,obteniendoelmdulodeelasticidadEyelCoeficientedePoissonv,yporsupuestolaresistenciaacompresinsimpleRc.RESISTENCiAA!R~.C.:!~N.Puedeensayarseunamuestraatraccindirectamenteaunque,debidoalasdificultadesparapoderaplicarlacarga,sueleemplearseelmtodoindirectoconocidocomoEnsayoBrasileo(figura3.25).Consisteenromperunaprobetacilndricasimilaralasempleadasparaelensayodecompresinsimple,perocargndolatransversalmente.Laresistenciaatraccinsecalculamediantelafrmulaqueapareceenlafigura.

Ensayodecompresinsimple

i!N5AY3TR!AXIAL.Elensayotriaxialconsisteencargarunamuestracilndricaderocaconunaciertapresinlateralo3aumentandolapresinaxialolongitudinalolhastalarotura.stoserepiteconotrasmuestrassimilaresparadistintas03,unmnimodetresveces,dibujndoseelcrculodeMohrenroturaenundiagrama07(verlafigura3.26).



Lacurvatangenteatodosloscrculosderoturaeslaquedefinelaresistenciadelaroca.EnsuelosestacurvaseaproximaalaInearecta,definindoselacohesincomolaordenadadelaIneaderoturaparaoigualacero,yelnguloderozamientointernocomolapendientedelarecta.Enrocaslacurvaquesesueleobtenernoesunarectasinounacurvadelestilodelaqueapareceenlafigura3.26,perotambinseempleanlostrminosdecohesinydenguloderozamiento.

Ensayo

CORTEDIRECTGDEUIVA1UPTA.Enelensayodecortedirectosetratademedirlosparmetrosderesistenciaalcortedeunajuntadelaroca.Paraellosetallanvariasprobetasdeformaqueseaisleunaporcindelajuntaquesequiereensayarunajunta(vasefigura3.27).Saplicaunacargaenormalalajunta(o)ysevaaumentandolacargatransversal(7)hastalarotura.Enungrficose7llIrepresentaelpuntoobtenidoyesteprocesoseEnsayono3repitecomomnimoentresocasionesparaEnsayono1distintosvaloresdeo.Lospuntosdelgrficodefinenlarectaderoturadelajunta,enlaquepuedeobtenerselacohesinyelnguloderozamientodeladiscontinuidad,q=AnguloderozamientoC=Cohesindelmismomodoqueenelapartadoanterior.ENSAYODE

1

quiereestimarlaresistenciaquevaapresentarlarocafrentealaexcavacinmecnicaofrentealaperforacin.Cuandolarocaesmuyabrasivanoesrentablelaexcavacinmecnicayhadeemplearseelsistemadeperforacinyvoladura.ESunensayodeabrasinqueserealizaintroduciendounasmuestrasderocayunelementoabrasivo(bolasdeacero)enuntamborrotatoriodurante500revoluciones.Posteriormentesepesalafraccindelamuestracuyotamaosehamantenidosuperiora1.7milmetrosyseexpresaentantoporcientoconrespectoalpesoinicial.ENSAYODELOSANGELES.

Unamuestraderocaserayaconunabrocadeaceroendurecidoqueterminaenunapuntacnica.Labrocasecargaconunacargade7l

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