Post on 12-Feb-2016
description
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
TÚNELS
TEMA 10
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Perfil geològic i geotècnic del Túnel de Martorell
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S En terrenys d’estructura molt complexa pot ser justificat una galeria de reconeixement (Ex. Túnel del Cadí)
Hipotèsi geològica del Túnel del Cadí, 1981)
2.0001.8001.6001.1.4001.200
2.0001.8001.6001.400 1.200
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S ESTUDIS GEOLÒGICS A LA FASE PRÈVIA PER A TÚNELS
Dos aspectes condicionen l’elecció del traçat: Relleu Geometria (cotes, radis d’accés, ...) “El camí més curt no sempre és millor”
Reconeixements a fer: cartografia regional 1/25 000 litologia estructura acotació de les característiques mecàniques (possible
sosteniment) característiques hidrogeològiques
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
SFASE DE PROJECTE
Reconeixements a fer:
cartografia de detall1/500 en general1/1 000 a 1/500 a les embocadures
obtenció perfil geològic campanya de sondeigs
litologia, assaigs, RQD, hidrogeologia caracterització geomecànica dels materials - tramificació previsió de punts conflictius
falles, aigua, bossades de gas, embocadures ... excavabilitat de la roca
explosius, tuneladores, excavadores ... temps d’estabilitat de la secció, sosteniment a col·locar efectes a l’entorn (subsidència, afeccions aqüífers ...)
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Tipus de comportament de les roques als túnels
1. Condicions estables
La roca amb o sense ajut del sosteniment assoleix un estat d’equilibri. En cas d’existir deformacions són a velocitats decreixents i sense danyar el sosteniment.
2. Caiguda gravitatòria de blocs
Despreniments a la volta o als laterals. Els blocs cauen lliurement o seguint juntes però sense gaire distorsió o trencada del massís.
3. Condicions de fluència
La cavitat convergeix lentament i continua per flux visco-plàstic induït pel nivell de tensions.
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Tipus de comportament de les roques als túnels
4. Inflament
La roca aflorant a l’excavació expandeix per mecanismes físico-químics associats amb la presència d’aigua i determinats minerals (anhidrita, minerals d’argila)
5. Explosió
Trencades brusques per la propagació de fractures a través de la roca.
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Potencialitat de fluència degut a tensions
Factor de competència
c: resistència compressió simple
: densitat recobriment
H: gruix recobriment
Cf > 10 efecte menyspreable de la pressió
de roca
Cf: 4-10 cal tenir present la pressió de roca
Cf: 2-4 fluència lleugera o moderada
Cf < 2 fluència elevada
HC cf
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
If: Índex de fracturació (veure Tema “Excabilitat del terreny”)
Diagrama per a l’avaluació preliminar de les condicions d’estabilitatal túnel (Franklin i Dusseault, 1991. “Rock engineering applications”).
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
SFormacions problemàtiques
sòls roques fracturades roques meteoritzades
Convé evitar el contacte sistemàtic formació superficial/substrat
Terrenys expansius (montmorillonita, anhidrita)
guix (sedimentació)CaSO4.2H2O
diagènesi
anhidritaCaSO4
40-100 m (transformació de l’anhidrita en guix)
retorn a la superfície (per denudació, aixecament
tectònic)
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Zanback & Arthur, 1986. Bull. Assoc. Eng. Geol. 23: 419-433
sistematancat
aigua
guixanhidrita
V0.9 V
sistema obert
anhidrita guix
V 1.16V
aigua
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
SClassificacions geomecàniques
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
SClassificacions geomecàniques
Longitud d’avenç i temps de sosteniment esperat per diverses qualitats de massís rocós (RMR)
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Disposició estructural
Estratificació (gruix, direcció i cabussament)
La caiguda de blocs quan:
tracció es desenvolupa al sostre confinament insuficient per a mobilitzar resistència a la cisalla
Inestabilitats al sostre quan <20º
Anisotropia: costat dèbil (lliscament) i costat resistent
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Tracció al sostre <20º
Perill amb nivells dèbils, cisallats (imprevisibilitat)
Major previsibilitat. Control al front
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Es talla tota la successió d’estats >70º afavoreix caigudes de blocs
Es mantindrà l’estructura: els estrats, zones de debilitat, aqüífers, ...
A baixes profunditats les tensions rocoses són massa petites per a tenir influència en caiguda de blocs.
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Disposició estructural
L’orientació òptima és la que dóna un volum de falques més petit
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Disposició estructural
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Condicions de caiguda lliure d’una falca del sostre
Calen 3 discontinuïtats
Disposició estructural
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Condicions per al lliscament d’una falca del sostre
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Condicions d’estabilitat
Influència de la densitat de fracturació efecte important de la dilatància
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Tensions
Tensions verticals:
Augmenten en profunditat (component gravitacional degut al pes del recobriment)
v = H
Per exemple per roques granítiques amb densitat de 2,6 Tn/m3, l’augment de v (en MPa) per augment de profunditat z (en m) és:
v = 0,026
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Explicacions: tensions “fòssils” degut a la denudació tensions tectòniques anisotropia del massís rocós
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Variacions de les pressions en un túnel que travessa un anticlinal
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Variació de les pressions en un túnel que travessa un sinclinal
Font: Jumikis, 1983. Rock Mechanics (2a ed.)
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Zones de falla
Problemes associats:
reompliments zones trinxades de baixa resistència aigua tensions elevades (falles inverses) famílies de fractures associades canvi litològic
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
falla inversa
De vegades: Falles antigues estan recristal·litzades (elevada resistència,
no permeables) no són problemàtiques
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Tensions horitzontals elevades prop de falles, valls fortament excavades.
zona plana zona muntanyosa
prof
undi
tat
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
1) Extracció de testimonis
2) Velocitat de perforació
3) Augment de la fracturació (índex de fracturació)
4) Gran variabilitat de les propietats resistents , per ex. assaig de càrrega puntual (desviació estàndard)
5) Augment de les filtracions d’aigua
6) Augment velocitat ones P (zona tensionada)
7) Presència de venes de quars
Predicció de zones de falla
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Control geològic del front d’excavació: velocitat de perforació
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Control geològic del front d’excavació: velocitat de perforació
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Molt problemàtica quan: associada a fractures entrada il·limitada (connexió mar, llac, ...)
Aigua al massís
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
Túnels de muntanya: l’aqüífer pot descarregar amb P i Tº altes.
Q disminueix amb el temps (sovint millor drenar que no impermeabilitzar)
Impacte ambiental (esgotament aqüífers, freatòfites, ...)
Aigua termal associada a falles (Tº 45º - 65ºC)
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S
zona de falla
Paigua: h
Aigua al massís
RE
CO
NE
IXE
ME
NT
GE
OL
ÒG
IC D
E T
ÚN
EL
S Embocadures
formacions superficials
(Compte amb les fondalades) antigues esllavissades terreny decomprimit – meteorització
(distribució anisòtropa de tensions) aigua al contacte formació superficial - substrat