4 Estudios e Investigaciones Para Diseño de Tuneles

11

HCTOR SALAZAR BONILLAHCTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.

DiseoDiseo y y ClculoClculo EstructuralEstructural de de TnelesTneles

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS, ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS, HIDROGEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA HIDROGEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA

DISEO DE TNELES DISEO DE TNELES

22

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA DISEO DE TNELESY GEOTCNICAS PARA DISEO DE TNELES

INTRODUCCIN ESTUDIOS E INVESTIGACIONES

GEOLGICAS E HIDROGEOLGICAS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES

GEOTCNICAS ANLISIS GEOTCNICOS DISEOS GEOTCNICOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

33

INTRODUCCIN Para todo tipo de obras en roca o suelo como

tneles, presas, taludes, etc., la calidad y detallede los estudios, investigaciones e informacingeolgica, hidrogeolgica y geotcnicadisponible permite la realizacin de un diseoapropiado, una seleccin optima de la tecnologade construccin, un proceso constructivo conmenor riesgo e incertidumbre y una obra de mejorcalidad en un menor plazo y con un menor costo.

Las inversiones en estudios e investigacionestienen una rentabilidad mayor a 10 veces.


44



GEOTCNICAS ANLISIS GEOTCNICOS DISEOS GEOTCNICOS ANLISIS GEOTCNICOS EN COLOMBIA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


55

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS E HIDROGEOLGICAS Planeacin de actividades Recopilacin y anlisis de informacin previa Fotointerpretacin geolgica

Fotografas satelitales Fotografas areas

Cartografa geolgica, hidrogeolgica y geotcnica Tipo de roca, estratigrafia, litologa, textura, tamao, forma de granos,

minerales principales, estructura, composicin, tipo de plegamiento,escala y simetra, meteorizacin, dureza, RQD, discontinuidades,numero y distribucin, orientacin, tipo , persistencia, espaciamiento,forma, rugosidad, relleno, presencia y cantidad de agua, etc.

Anlisis de discontinuidades Interpretacin geolgica y generacin de un DGTM modelo digital

del terreno en escalas 1:10.000 para prefactibilidad y factibilidadhasta 1:1.000 o menor para diseo definitivo.


66


Imagen Satelital Imagen Satelital Sector Bogot Sector Bogot ArmeniaArmenia(Tnel la Lnea, 8.6 km, 2500 msnm)(Tnel la Lnea, 8.6 km, 2500 msnm)

Bogot

Girardot

Ibague

Nevado del Tolima

Calarca

Pereira

Armenia

Ubicacin de diferentes Ubicacin de diferentes alternativas de Talternativas de Tnelnel La La LneaLnea

Portal Galicia

Portal Bermelln

Portal Santo Domingo

Portal Anaime

A.T.F

Portal Las Amricas

Portal La Paloma

Portal inferior Portal inferior SANTO DOMINGOSANTO DOMINGO

Alternativa sitio de

plataforma

Alternativa sitio de portal

CALARC

ARMENIA

Portal superior Portal superior -- ANAIMEANAIME

Alternativa sitio de

plataforma

Alternativa sitio de portal

CAJAMARCA

Puente actual

1111

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS E HIDROGEOLGICAS FOTOGEOLOGA ESTRUCTURA GEOLGICA

Capas de diferente resistencia a la meteorizacin producen crestas yvalles los cuales pueden detectarse con el estereoscopio

Los lineamientos debidos a la estratificacin se caracterizan por supersistencia, paralelismo con otros, espaciamiento definido

Los afloramientos de capas horizontales siguen aproximadamente laslneas de nivel y los de capas con buzamientos producen formascaractersticas al cruzar colinas y valles

Los buzamientos de taludes pueden ser aparentes y dar una buenaindicacin de la direccin del buzamiento y permitir su estimacin

Cuando existe plegamiento, la variacin de buzamiento a lo largo delafloramiento de las capas puede evidenciar el trazado del pliege ypermitir una estimacin de su inmersin

Las fallas pueden aparecer como lineamientos meteorizados opueden resaltar si se presentan diques resistentes. A diferencia de lasdiaclasas, se caracterizan por presentar un desplazamiento relativode las rocas situadas a ambos lados


1212

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS E HIDROGEOLGICAS FOTOGEOLOGA LITOLOGA

Los diferentes tipos de terreno tienden a mostrar diferencias porejemplo en relieve, red de fracturacin y vegetacin que puedereconocerse en la fotografa area

Los sedimentos y metasedimentos presentan una aparienciaestratificada, indicada por diferencias en tono, relieve y vegetacin

El metamorfismo agrupa las capas de forma ms uniforme en suresistencia a la erosin, fuerte buzamiento, plegamiento apretado

Los afloramientos de caliza, arenisca, cuarzoesquistos y cuarcitastienen tendencia a tonos claros. Las rocas arcillosas, lutitas, pizarrasy esquistos micaceos dan tonos intermedios y las anfibolitas dantonos oscuros

Las rocas cidas presentan tonos claros y tienden a fracturarseregularmente, mientras que las rocas bsicas son oscuras y no esprobable que esten fracturadas en forma regular

Los depsitos superficiales pueden ser transportados o residuales.Los transportados reflejan su modo de transporte. Los residualesreflejan la geologa infrayacente

FOTOGEOLOGA - GEOMORFOLOGA


1313

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA MECANICA DE ROCASGEOTCNICAS PARA MECANICA DE ROCAS

1515


1818


1919

Cartografa geolgica, hidrogeolgica ygeotcnica Tipo de roca, estratigrafia, litologa,

textura, tamao, forma de granos,minerales principales, estructura,composicin, tipo de plegamiento, escalay simetra, meteorizacin, dureza, RQD,discontinuidades, numero y distribucin,orientacin, tipo , persistencia,espaciamiento, forma, rugosidad, relleno,presencia y cantidad de agua, etc.


2020


2121

Coordenadas/Altura: Fecha:Foto Nr. ORIENTACION, ESCALA Elabora:

DESCRIPCION DE LA ROCA 1Nombre de la rocaFORM ACIN (/Gr.), UNIDADES PRESENTES, COLOR

Textura:TAM AO, FORM A y ARREGLO de GRANOS

M inerales principales: TAM AO, FORM A

Estructura:CUERPOS DE ROCA DIFERENCIABLES PORTEXTURA, COM POSICIONTIPO DE PLEGAM IENTO: escala, simetra

M A C IZ O A lt eracin / D urez a: R QD :R OC OSO M et eor izacin:

R EGIST R O D E D ISC ON T IN U ID A D ES 1

Nmero de juegos y dist ribucin:

No. Tipo Persis Esp/ to Forma Rugos Apert Durez AguaOrden Az. bz/to m m JRC mm JCS (l/min)de la diaclasa

Orientacin RellenoEstado de paredes

2222

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA TNELES VIALESGEOTCNICAS PARA TNELES VIALES

DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADOR COORDENADAS, ALTURA

Hoja de Documentacin de Ingeniera Geolgica y Clasificacin de los Macizos Rocosos

FECHA ELABORADO

Formacin: Nombre de la Roca

RCI (M pa) FOTOS NO: Dibujo (esquemtico ) Escala no def inida

M ETEORIZACION

ninguna poca moderada alta completa suelo residual

DUREZA DEL ROCA

extr. fuerte muy fuerte fuerte moderada blanda muy blanda extr. Blanda

SUELO COHESIVO

muy suave suave f irme rigido muy rigido duro

INFLUENCIA DE AGUA SUBTERRANEA

seco solo humedo mojado goteando f ilt rando corriendo (l/sec)

TIPO ORIENTACION RUGOSIDAD PERSISTENCIA (m) ESPACIAM . (cm) RELLEN. NO. DE (Angulo Dir./Buz)

S U P r s sl

JUNT

Foto Foto

T ipo R ugo sidad Espac iamientoFalla F ESCALON S rugoso r extr. cercano < 2 cmJunta J liso s muy cercano 6 - 2 cmEspejo Sl pulido sl cercano 20 - 6 cmFractura Fr ONDULADO U rugoso r moderado 60 - 20 cmEsquistocidad Sc liso s ancho 200 - 60 cmPlano de foliacin B pulido sl muy ancho > 200 cm

Foliacin Fl PLANO P rugoso rCorte Sh liso sPliege Fo pulido sl P ro piedades Lito lgicas y C o mpo rtamiento de las R o cas

P ersis tencia T ipo del R e lleno F recuencia de F racturasmuy baja 15baja 1 - 3 m M n/Fe-mineralizaciones : mfm malo 15 - 8media 3 - 10 m relleno milonitico : fg moderado 8 - 5alta 10 - 20 m brecha milonitica : fb bueno 5 - 1

muy alta > 20 m cementado y ot ros : co excelente < 1

CARACTERISTICAS DE JUNTAS

ORIENTACION DE LA PARED INVESTIGADA

2323

ANLISIS ESTADSTICO DE DISCONTINUIDADES


2424


2525


2626


2727

ANLISIS ESTADSTICO DE DISCONTINUIDADES CON ELPROGRAMA DIPS


2828


2929


3030


3131


3232

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS E HIDROGEOLGICAS ASPECTOS HIDROGEOLGICOS

Disponibilidad de informacin como mapas hidrogeolgicos ypublicaciones

Condiciones generales: acuiferos, reas con flujo artesiano,movimiento del agua subterrnea, qumica del agua,permeabilidad y lmite entre agua salobre y agua potable.

Niveles piezomtricos, coeficiente de permeabilidad basadosen investigaciones in situ o ensayos de laboratorio,coeficientes de almacenamiento y parmetros geoqumicos

Propiedades hidrogeolgicas de rocas y suelos. Acuiferos,acuitardos, acuicludos, acufugos

Fuentes y filtraciones. Fuentes permanentes e intermitentes,lneas de filtracin, corrientes peridicas y cuantificacin deflujos.


qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGALa hidrogeologa de una zona se encuentra

determinada por los siguientes factores:Las caractersticas geolgicas del rea. El

comportamiento de las diferentes litologas esdiferente con respecto al agua, en cuanto a lacapacidad de almacenarla y transmitirla.La climatologa, que se constituye en la principal

fuente de agua y condiciona la recarga de losacuferosLa geomorfologa, que tambin condiciona el

comportamiento hidrogeolgico de la zona.Cuando la escorrenta superficial se da convelocidades altas, la posibilidad de infiltracionesdisminuye.

qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGAEl origen de las aguas subterrneas

puede ser de:Aguas metericas procedentes de

precipitaciones atmosfricasAguas metamrficas que se forman en

los procesos fsico qumicos demetamorfizacin de la rocaAguas juveniles que se forman en

procesos de diferenciacin magmtica enel ascenso de rocas gneas hacia lasuperficie.

qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGALos mecanismos de almacenamiento del

agua en formaciones rocosas subterrneasson:Agua libre, formando corrientes fluyentes con

una superficie libreAgua de retencin en materiales granulares,

retenida por fuerzas de tipo polarAgua capilar, se encuentra sobre el nivel

piezomtrico, retenida por fuerzas de capilaridadAgua de gravedad, que rellena los poros, fisuras

y fallamientosAgua de constitucin, y hace parte de la

estructura qumica de las formacionesgeolgicas

qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGALas formaciones geolgicas se clasifican en

funcin de su capacidad de almacenar ytransmitir el agua en los siguientes tipos:Acufero, es la formacin que posee la facultad

de absorber, contener y transmitir agua, comopueden ser las arenas y gravasAcuitardo, puede absorber y contener el agua,

pero la transmite muy lentamente, como lasarcillas arenosas o limosasAcuicludo, es la formacin que puede contener

agua, pero sin poder transmitirla, como lasarcillasAcufugo, no puede contener, absorber, ni

transmitir el agua, como el caso de un macizograntico sin fracturamiento.

qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGA

qCONCEPTOS BSICOS DE HIDROGEOLOGALos parmetros hidrogeolgicos ms

importantes son:Porosidad, es la relacin entre el volumen de los

poros y el volumen total del material. Muestra lacapacidad de almacenar el agua.Permeabilidad o conductividad hidrulica, es la

propiedad del material que permite la filtracin ycirculacin del agua a travs de porosconectados entre s.Gradiente hidrulico, es la diferencia de carga

hidrulica entre dos puntos de la zona saturadaen relacin con la distancia que los separa.Transmisividad, cuantifica la capacidad que

tiene un acufero para ceder agua.

3939


MODELACIN HIDROGEOLGICA 3DTnel La Lnea

MODELACIN HIDROGEOLGICATnel La LneaMODELACIN HIDROGEOLGICA 3DTnel La Lnea

MODELACIN HIDROGEOLGICA 3DTnel La Lnea

0

100

200

300

400

500

600

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Tiempo (das)

Cau

dal (

l/s)

MODELACIN HIDROGEOLGICA 3D

4646





4747

Objetivos de los sondeos mecnicos Estudiar los taludes, cimentaciones,

portales, pozos y estructuras subterrneas principales

Detectar distintas litologas presentes en el macizo rocoso

Obtencin de muestras para ensayos de laboratorio

Analizar las zonas con potenciales fallas o rocas de baja calidad

Facilitar ensayos de campo


4848


4949

Estudios e investigaciones geotcnicas Sondeos mecnicos

Recomendacin de la Sociedad Internacional de Mecnica de Rocas (ISRM) de 1 a 1.5 la longitud del tnel

Sondeos cada 300 a 750 metros

TNELCARRETERO

LONGITUD(m)

SONDEOS(m)

%

Boquern 2.405 1.125 46%

Buenavista 4.520 950 21%

San Jernimo 4.600 1.000 ? 22%

Oriente 8.200 1.055 13%

La Lnea 8.600 2.060(+8.600)

24%(124%)

Tobiagrande Puerto SalgarRuta del Sol

6.0975.2392.180960

0

550250

0%

25%25%


5757

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTCNICAS GEOTCNICAS TNEL DE SUMAPAZTNEL DE SUMAPAZ

5858

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTCNICAS GEOTCNICAS TNELES RUTA DEL SOLTNELES RUTA DEL SOL

5959

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTCNICAS GEOTCNICAS TNELES RUTA DEL SOLTNELES RUTA DEL SOL

6262

Testificacin de los sondeos mecnicos Nmero del sondeo, lugar y fecha de

realizacin, inclinacin, tipo de corona, dimetro de perforacin, equipo, etc.

Litologas y descripcin grfica Recuperacin y RQD (Rock Quality

Designation) Fracturacin y alteracin Nivel fretico Muestras para ensayos de campo y laboratorio


6363

LOCALIZACION: Q. LOS CRISTALES INCLINACION: 44 CON VERT.COORDENADAS: N: 984186,96 E: 839197,17 INICIO: 07 - 06 - 99

ELEVACION: 2604,50 metros. TERMINADA: 27 - 07 - 99

DESCRIPCION PROF RECOBRO RQD ESTRUCTURAS OBSERVACIONES

% %

algunos fragmentos de esquistos negros grafitosos, con

9 de junio

-3.56.5 - 7.5+4.0

1.9 - 3.0

0

043

27

REGISTRO DE PERFORACIN No. PT - TL - 9ESTUDIOS FASE III CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

HA

BA

NA

VE

RD

OS

A

3.0 - 4.0

4.0 - 5.0

7 de Junio

+ 0.800.0 - 1.0SUELOS RESIDUALES carmelitos, de cenizasvolcnicas: arcillas arenosas (f,m), trazas de raices,medio firmes.

FRAGMENTOS de CUARZO y ESQUISTOS, gris averdes, de forma tabular y tamaos entre de 0.5 - 4.0cm., en una matriz de arcilla limosa habana rojiza.

5.5 - 6.5

5.0-5.5

GR

IS O

SC

UR

A (p

erdi

da e

n 40

%)

7.5 - 9.4

NQ

1.0 - 1.9

0

9

8ESQUISTOS negros grafitosos, presentan altocontenido de micas (muscovita), pirita y oxidos,ademas se presentan diminutas venas de cuarzo quealcanzan hasta 0.5 cm de espesor, muy meteorizados,muy fracturados.

HW

de arena(m,g) limosas, carmelitas a grises, particulas alargadas de cuarzo y mica.

41

27

25

35

36

40

0

1

6

5

4

31

7

3

2

DIA

ME

TRO

MUESTRAS

PR

OF(

m).

SIM

BO

LO

RE

VE

ST.

CA

JAS

DIRECCION: AZIMUT 135

PROF. TOTAL: 86.15 metros

No.

1

Foliacin ondulada, engeneral paralela al ejede perforacin.Micropliegues sinorientacin definida

Foliacin ondulada, inclinacin aprox paralela al eje de perforacin. Se observan muchos

0

0

0

0

0

6464

LOCALIZACION: TUNEL No. 2 INCLINACION: VERTICALCOORDENADAS: INICIO: 03 - 08 - 03 depto. La Libertad, El Salvador

ELEVACION: TERMINADA: 04 - 08 - 03

PROF RECOBRO RQD

% %.5

85,0

91,0

DIRECCION: Km.64.5 Carretera CA-2

PROF. TOTAL: 5.10 metros

58,0

Calidad de la roca: Muy pobre

Sondeo realizado en VD 01/02

CA

JAS

DESCRIPCION ESTRUCTURA OBSERVACIONES

10,0

Pavimento

1

Calidad de la roca: RegularHW

Conglomerado basltico, color gris oscuro,fracturado, con juntas cerradas.

DIA

ME

TRO

MUESTRASP

RO

F(m

).

SIM

BO

LO

RE

VE

ST.

2,8

3

Conglomerado basltico, color gris oscuro,fracturado, con juntas cerradas.

2.5

3.5

3,8

NQ

.21

.5

Capa de Rodamiento: Concreto Hidrulico

REGISTRO DE PERFORACIN No. TA-01-02DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADOR

85,0

1

Base granular: Canto rodado, tamaomximo del agregado igual a 3.00 pulg.

1.5

2

4

Conglomerado, color gris oscuro, fracturado,con juntas cerradas. 14,0

Calidad de la roca: Muy pobre

6565

Tnel 3 HORIZONTAL: ---VD 03/03 VERTICAL : X61.0 mts. Lateral Derecho ALTURA:

HILTI DD250 DIAMETRO: 4 " (10.0 cm.)FECHA DE EXTRACCION: 14/07/2003 OPERADORES: Alex Ramirez - Omar de la O

0,00

0,10

0,50

LOCALIZACION: No. DE NUCLEO:UBICACIN:

Capa de Rodamiento: Mezcla asfltica en caliente

DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE LOS TUNELES EN EL SALVADORREGISTRO DE EXTRACCION DE NUCLEOS

EQUIPO UTILIZADO :

PROF. (m) DESCRIPCION DEL MATERIALSIMBOLOGIA COMENTARIOS

Base granular (material selecto, grava y arena)

6666

Estudios e investigaciones geotcnicas Ensayos en las perforaciones o galeras

Permeabilidad tipo Lugeon o Lefranc Permeabilidad, transmisividad y almacenamiento

(bombeo) Diagrafas (logging): microssmico, elctrico,

radioactivo (gammagrafa), otros Esfuerzos in situ

Overcoring, Gato plano, Fracturacin hidrulica, Placa de carga, corte in-situ

Temperatura Nivel fretico


6767

Ensayo de permeabilidad


6868

Ensayo de esfuerzos in situ


6969

Estudios e investigaciones geotcnicas Investigaciones geofsicas

Ssmica de refraccin Ssmica de reflexin Gravimetra Magnetometra Sondeos elctricos verticales (SEV) Radioactividad Registro termogrfico Medicin de esfuerzos y deformaciones en

galeras


7070

Estudios e investigaciones geotcnicasTNEL LA LNEALOS CRISTALES

PERFIL SSMICO 2

2580,02600,02620,02640,02660,02680,02700,02720,02740,02760,02780,0

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

DISTANCIA, m

ELEV

AC

IN

, m.s

.n.m

.

Superf icie

Interfase 1

Interfase 2V2=3900 m/sCapa 1

Capa 2V1=500 m/s

Capa 3 V3=4900 m/s?


7171


7272


SondeosSondeos ElctricosElctricos VerticalesVerticales (SEV)(SEV)

7373


SondeosSondeos ElctricosElctricos VerticalesVerticales (SEV)(SEV)

7474

Estudios e investigaciones geotcnicas Ensayos de laboratorio

Petrografa o seccin delgada Composicin qumica Carga puntual Compresin inconfinada con y sin deformacin Compresin Triaxial Corte directo Abrasividad tipo Cerchar Velocidad de onda


7575

ENSAYOS DE PETROGRAFIA O SECCIN DELGADA

OBJETIVO:Determinacin de parmetros como composicin mineralgica, laAnisotropa, micro estructura, tamao de grano y la textura, mediante el examen de muestras pulidas utilizando tcnicas de luz reflejada.

1. Determinacin de minerales presentes2. Determinacin de micro fracturas y alteraciones secundarias3. Tamao del grano4. Anlisis de la micro estructura5. Anlisis de la matriz que envuelve los granos


7676

ENSAYOS DESECCIN DELGADA


7777

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA CARGA PUNTUAL

OBJETIVO:Es un ensayo ndice para la clasificacin de materiales rocosos En trminos de resistencia. Se puede correlacionar con la Resistencia a compresin simple o a la traccin simple.

Cuantifica el ndice de Resistencia a la Carga Puntual Is(50) y elIndice de Anisotropa I a(50)

Se ensayan ncleos en forma axial o diametral o de formas Irregulares, con un equipo porttil.


7878



7979


ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS Y GEOTCNICAS PARA TNELES VIALESGEOTCNICAS PARA TNELES VIALES

SONDEO MUESTRA No. LOCALIZACIN Tipo L(mm) W (mm) D(mm) P(N) De (mm) De (mm) Is F Is(50) c duc (MPa)PT-TL-15 106 CHORROS 14,6 a 46 37 400 2167,05 46,55 0,1846 0,968 0,18 22,20 3,97PT-TL-15 107 CHORROS 14,6 a 46 38 350 2225,62 47,18 0,1573 0,974 0,15 22,20 3,40PT-TL-15 108 CHORROS 26,3 a 46 33 600 1932,77 43,96 0,3104 0,944 0,29 22,20 6,50PT-TL-15 109 CHORROS 26,3 a 46 31 200 1815,64 42,61 0,1102 0,931 0,10 22,20 2,28PT-TL-15 110 CHORROS 42,05 42,25 a 48 29 1700 1772,35 42,10 0,9592 0,926 0,89 22,60 20,06PT-TL-15 111 CHORROS 42,05 42,25 a 48 29 1900 1772,35 42,10 1,0720 0,926 0,99 22,60 22,42PT-TL-15 112 CHORROS 55,9 56,2 a 47 39 1750 2333,84 48,31 0,7498 0,985 0,74 22,40 16,54PT-TL-15 113 CHORROS 55,9 56,2 a 47 37 2750 2214,16 47,05 1,2420 0,973 1,21 22,40 27,07PT-TL-15 114 CHORROS 55,9 56,2 a 47 39 1950 2333,84 48,31 0,8355 0,985 0,82 22,40 18,43PT-TL-15 115 CHORROS 55,9 56,2 a 47 36 2000 2154,32 46,41 0,9284 0,967 0,90 22,40 20,11PT-TL-15 116 CHORROS 71,7 72 a 47 39 2000 2333,84 48,31 0,8570 0,985 0,84 22,40 18,90PT-TL-15 117 CHORROS 71,7 72 a 47 29 3950 1735,42 41,66 2,2761 0,921 2,10 22,40 46,96PT-TL-15 118 CHORROS 71,7 72 a 47 39 4200 2333,84 48,31 1,7996 0,985 1,77 22,40 39,69PT-TL-15 119 CHORROS 71,7 72 a 47 39 2350 2333,84 48,31 1,0069 0,985 0,99 22,40 22,21PT-TL-15 120 CHORROS 85,15 85,3 a 47 28 4050 1675,58 40,93 2,4171 0,914 2,21 22,40 49,48PT-TL-15 121 CHORROS 89,7 89,9 a 47 37 1800 2214,16 47,05 0,8129 0,973 0,79 22,40 17,72PT-TL-15 122 CHORROS 98,25 98,45 a 47 37 7500 2214,16 47,05 3,3873 0,973 3,30 22,40 73,83PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 8000 1735,42 41,66 4,6098 0,921 4,25 22,40 95,12PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 8000 1735,42 41,66 4,6098 0,921 4,25 22,40 95,12PT-TL-15 CHORROS 115 115,2 a 47 29 7000 1735,42 41,66 4,0336 0,921 3,72 22,40 83,23PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 28 9000 1675,58 40,93 5,3713 0,914 4,91 22,40 109,96PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 29 5500 1735,42 41,66 3,1693 0,921 2,92 22,40 65,39PT-TL-15 CHORROS 123 123,2 a 47 32 8000 1914,95 43,76 4,1777 0,942 3,93 22,40 88,13PT-TL-15 234 CHORROS 14,6 d 34 47 1450 2209 47 0,656 0,97 0,636 19,8 12,59PT-TL-15 235 CHORROS 26,3 d 29 47 1150 2209 47 0,52 0,97 0,504 18,85 9,50PT-TL-15 236 CHORROS 42,05 d 58 47 2250 2209 47 1,018 0,97 0,987 24,32 24,00PT-TL-15 237 CHORROS 56,2 d 29 47 2300 2209 47 1,041 0,97 1,001 18,85 18,87PT-TL-15 238 CHORROS 72 d 65 47 7000 2209 47 3,169 0,97 3,074 24,5 75,31PT-TL-15 239 CHORROS 85,3 d 31 47 1100 2209 47 0,498 0,97 0,483 19,2 9,27PT-TL-15 240 CHORROS 98,45 d 26 47 6000 2209 47 2,716 0,97 2,634 18,4 48,47PT-TL-15 241 CHORROS 115 d 38 47 10500 2209 47 4,753 0,97 4,61 20,6 94,97PT-TL-15 242 CHORROS 123 d 40 47 6000 2209 47 2,716 0,97 2,634 21 55,31

PROF.

CONSORCIO LA LNEA

CARGA PUNTUAL TUNEL LA LINEA

8080

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION INCONFINADA

OBJETIVO:Es un ensayo para definir la resistencia de una muestra de Geometra regular de altura como mnimo dos veces su dimetrocaracterizar y clasificar el ncleo de una roca intacta.

Los especimenes deben ser cilindros regulares rectos con unaRelacin altura / dimetro 2,5 a 3 veces. No se recomienda unDimetro menor del que se obtiene con una broca NX es decir54 mm. El dimetro debe estar relacionado con el tamao del Grano ms grande presente en la roca, mediante una relacin de por lo menos 10 a 1.


8181

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION INCONFINADA SIN MEDICION DE DEFORMACION

SONDEO MUESTRA No.LOCALIZACIN Dimetro (cm) Longitud (cm) rea (cm) Volmen (cm) Peso Nucleo (gr) Peso Especfico (gr/cm) Carga Mxima (Ton) sc (kg/cm)PT-TL-10 12 30,15 31,2 4,72 11,19 17,50 195,80 584,8 2,99 13,4 765,83PT-TL-10 13 43,8 46,75 4,68 11,15 17,20 191,80 584,3 3,05 10,8 627,83PT-TL-10 14 62,83 63,87 4,67 11,07 17,13 189,61 582,1 3,07 11,2 653,87PT-TL-10 15 73,8 75,25 4,66 11 17,06 187,61 579,7 3,09 20,4 1196,10PT-TL-10 16 89,45 92,05 4,69 11,15 17,28 192,62 556,9 2,89 23,2 1342,92PT-TL-10 17 104,3 105,9 4,64 10,61 16,91 179,41 560,6 3,12 12,2 721,49PT-TL-10 18 120,2 121,9 4,68 11,18 17,20 192,32 575,1 2,99 18,8 1092,89PT-TL-10 19 133,7 136,6 4,69 11,66 17,28 201,44 621,2 3,08 7,8 451,50PT-TL-10 20 148,7 151,7 4,7 11,16 17,35 193,62 589,4 3,04 12,8 737,77PT-TL-10 21 165,2 168 4,68 11,1 17,20 190,94 582,4 3,05 13,4 778,97PT-TL-10 22 180 193,9 4,69 10,85 17,28 187,44 573,1 3,06 14,2 821,96PT-TL-10 23 180 193,9 4,7 11,05 17,35 191,71 576,7 3,01 11,2 645,55PT-TL-10 24 197,5 4,69 11,72 17,28 202,47 581,3 2,87 4,8 277,85PT-TL-10 25 207,8 210,9 4,7 10,57 17,35 183,38 561,1 3,06 9,2 530,28PT-TL-10 26 223,3 225,3 4,69 11,22 17,28 193,83 576,8 2,98 5,2 301,00PT-TL-10 27 223,3 225,3 4,69 10,67 17,28 184,33 557,2 3,02 7,4 428,35PT-TL-10 28 247 250,1 4,7 11,14 17,35 193,27 584,8 3,03 12,8 737,77

PROF.

CONSORCIO LA LNEA

COMPRESION INCONFINADA


8282

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S-32CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

COMPRESION INCONFINADA EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-32 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 3148

Muestra No.: T - 4Identificacin: PT - TL - 11Profundidad: 177.00 m

Fecha de ensayo: 07/04/2000Sector: Alaska

D IMENSIONES Y PROPIEDAD ES DE LA MUEST RA

Dimetro 5,42 cm Altura 8,80 cmArea 23,06 cm2 Volumen 202,84 cm3

Peso 580,67 g Peso unitario 2,86 g/cm3

Esfuerzo Mximo = 319 kg/cm2

OBSERVACIONES GENERALES:

CM - SE - 2000 - 47

ORDEN DE TRABAJO:

Grfica de Esfuerzo vs. Deformacin Unitaria

0

50

100

150

200

250

300

350

-0,0002 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020

Deformacin Unitaria

Esfu

erzo

(kg/

cm2 )

e1

e2

e2 + 2*e2

Mdulo Eav: 276052 kg/cm2

n = 0.113

8383

Grfica de Esfuerzo vs. Deformacin Unitaria

0

100

200

300

400

500

600

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0016

Deformacin Unitaria

Esfu

erzo

(kg/

cm2 )

ENSAYOS DE COMPRESION INCONFINADA CON MEDICION DE DEFORMACIONES


8484

ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION TRIAXIAL

OBJETIVO:Medir la resistencia de especmenes rocosos cilndricos sometidosA compresin triaxial. Suministra valores necesarios paraDeterminar la envolvente de resistencia y a partir de sta, calcularLos valores del ngulo de friccin interna y la cohesin aparente.

El equipo utilizado incluye una cmara triaxial, una maquina deCarga y un equipo para generar la presin de confinamiento.

Los especimenes deben ser similares a los usados para los Ensayos de compresin inconfinada.


8585

ENSAYOS TRIAXIALES


8686


TRIAXIAL ESTTICO EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-21 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 3148-93

Muestra No.: T 6Perforacin: PT - TL - 15Profundidad: 119.00 m

Ensayo: TRIAXIAL ROCA

Fecha de ensayo: 23/03/2000Sector:

D IMENSIONES Y PROPIEDADES DE LA MUEST RA

Altura 9,54 cm Peso Unitario 2,79 g/ cm3

Dimetro 4,76 cm Carga Mx. Punto 1 8591 kg

rea 17,82 cm2

Carga Mx. Punto 2 15311 kg

Volumen 45,43 cm3


Velocidad de deformacin 100 kg/ seg

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

200

400

600

800

1000

Esf

uerz

o D

esvi

ador

[kg

/cm

2 ]

sd

s3 = 100

s3 = 50

s3 = 150 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Grfica de Esfuerzo Desviador vs. Deformacin Unitaria

8787


TRIAXIAL ESTTICO EN ROCAProcedimiento de Ensayo: PE S-21 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 3148-93

Muestra No.: T 6Perforacin: PT - TL - 15Profundidad: 119.00 m

Ensayo: TRIAXIAL ROCA


DIMENSIONES Y PROPIEDADES DE LA MUEST RA

Altura 9,54 cm Peso Unitario 2,79 g/ cm3

Dimetro 4,76 cm Carga Mx. Punto 1 8591 kg

rea 17,82 cm2


Volumen 45,43 cm3


Velocidad de deformacin 100 kg/ seg

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

200

400

600

800

1000

1200

Esf

uerz

o C

orta

nte

[kg/

cm2

]t

s3 = 100

s3 = 50

s3 = 150 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Crculo de Mohr en la falla para Esfuerzos Totales

88880 500 1000 1500 2000 2500Esfuerzo Normal [kg/cm2 ]

0

500

1000

1500

2000

2500

Esf

uerz

o C

orta

nte

[kg/

cm2

]

s

t

s3 = 30

s3 = 10

s3 = 50 kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Crculo de Mohr en la falla para Esfuerzos Totales

n

ENSAYOS TRIAXIALES


8989

ENSAYO DE RESISTENCIA AL CORTE

OBJETIVO:Medir la resistencia al corte directo pico y residual como una Funcin del esfuerzo normal al plano de corte. La inclinacin delEspcimen con respecto a la masa rocosa y su direccin de Montaje en la maquina de ensayo, se selecciona usualmente de Tal forma que los planos de cizalladura o corte coincidan con losPlanos de debilidad de la roca, como una diaclasa, plano de Estratificacin, de esquistocidad, interfase entre dos tipos de roca,Concreto y roca, etc.

La resistencia al corte pico es el esfuerzo cortante mximo en la curva completa esfuerzo de corte deformacin por corte


9090

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S - 16CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

Procedimiento de Ensayo: PE S - 16 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 5607

Muestra No.: CD 3Perforacin: PT - TL - 11

Profundidad: 170.00 mEnsayo: CORTE DIRECTO EN ROCA



f 6,97 cm

rea 36,33 cm2

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

CORTE DIRECTO EN ROCAS

Esfuerzo Cortante vs Deformacin Horizontal

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )

205 kg/cm2138 kg/cm238 kg/cm2

Esfuerzo Normal

9191

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Formato de EnsayoDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL FE S - 16CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MATERIALES Y OBRAS CIVILES

Procedimiento de Ensayo: PE S - 16 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 5607

Muestra No.:

Perforacin:

Profundidad: 170.00 mEnsayo: CORTE DIRECTO EN ROCA



f 6,97 cm

rea 36,33 cm2

ORDEN DE TRABAJO:

CM - SE - 2000 - 034

CORTE DIRECTO EN ROCAS

CD 3

PT - TL - 11

Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

50

100

150

200

250

300

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )

F= 38.3c= 28.6 kg/cm2

9292

Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2 )F= 38.3c= 28.6 kg/cm2

ENSAYOS DE CORTEDIRECTO


9393

ENSAYO DE VELOCIDAD DE ONDA

OBJETIVO:Medir la velocidad de propagacin de ondas elsticas en la roca.Se presentan tres variaciones diferentes del mtodo: pulsoUltrasnico de alta frecuencia, pulso ultrasnico de baja Frecuencia y mtodo resonante.

Se determina la velocidad de ondas de compresin o longitudinales (P) y la velocidad de ondas de corte o transversales (S) entre el Transmisor de pulsos y los receptores.


9595


ENSAYO DE VELOCIDAD DE ONDAProcedimiento de Ensayo: PE S-16 Norma Tcnica de referencia: ASTM D 2845-95

ORDEN DE TRABAJO: Muestra No.: T4Sondeo No: PT - T1 - 11

Profundidad: 177.00 m


D IMENSIONES Y PR OPIED ADES D E LA MUEST RA

Altura 10,24 cm Peso unitario 2,87 g/ cmDimetro 5,44 cm Tiempo 0,000028 s

Peso 682,88 g Velocidad 3657 m/sClasificacin de la muestra Modulo E 383743 Kg/cm

IP % LL %

CM - SE - 2000 - 034

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020

TIEMPO (s)

VOLT

AJE

(V)

ONDA

DISPARO

LLEGADA

9696

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007TIEMPO (s)

VOLT

AJE

(V)

ONDA

DISPARO

LLEGADA

ENSAYOS DE VELOCIDAD DE ONDA


9797

ENSAYO CERCHAR PARA DETERMINAR LA ABRASIVIDAD

OBJETIVO:Es un ensayo para definir la resistencia al desgaste de las rocasO al desgaste de las herramientas para la perforacin o cortede las rocas, por ejemplo de los barrenos o los discos de cortede las TBM.

Se determina un ndice de abrasividad con el cual se puede seleccionar el uso de la tecnologa de excavacin del macizorocoso.


9898

Sample No. Perforation Depth

(mts.) CERCHAR-

Abrasive-Index CAI

Classification of Abrasiveness

Number of Tests

LabNo.

EC-01 PT-TL-9 66,40 4,17 Extremely abrasive

5 3679

EC-02 PT-TL-9 82,65 3,32 very abrasive 5 3680

EC-03 1.PT-TL- 10 229,00 2,31 very abrasive 5 3681

EC-04 PT-TL-10 249,50 4,14 Extremely abrasive

5 3682

EC-05 PT-TL-11 187,80 2,90 very abrasive 10 )* 3683


EC-07 PT-TL-12 56,80 1,14 abrasive 5 3685

EC-08 PT-TL-12 73,50 1,59 abrasive 5 3686

EC-09 PT-TL-13 87,20 1,95 abrasive 5 3687









100100

101101





102102

Anlisis geotcnicos Clasificaciones geomecnicas o mtodos

empricos Terzaghi Protodiakonov Q Barton RMR Bieniawski Palmstron (RMi) NATM


103103

Anlisis geotcnicos Clasificacin de Terzaghi

Fue propuesta en 1964. Clasifica los terrenos en 9 tipos, de 1 a 5 diversas calidades de la roca, 6 son arenas y gravas, 7 y 8 son arcillas y el tipo 9 son terrenos expansivos. Para cada tipo se da una carga sobre el revestimiento en funcin de las dimensiones del tnel, de la profundidad y la densidad de la roca.

Clasificacin de Protodiakonov Se clasifican los terrenos con el parametro f llamado

coeficiente de resistencia a partir del cual se definen las cargas sobre el soporte o revestimiento. El valor de f se obtiene en rocas a partir de la resistencia a compresin simple y el suelos a partir de la cohesin y ngulo de friccin.


104104

Anlisis geotcnicos CLASIFICACION GEOMECANICA RMR - CSIR (BIENIAWSKI)

COMPRESION UNIAXIAL, RQD, ESPACIAMIENTO, ORIENTACION Y ESTADO DE DISCONTINUIDADES, PRESENCIA DE AGUA

CLASIFICACION GEOMECANICA Q - NGI (BARTON) RQD, NUMERO DE DIACLASAS, RUGOSIDAD Y RELLENO DE

DISCONTINUIDADES, AGUA EN LAS JUNTAS, ESFUERZOS

CLASIFICACION NATM (NEW AUSTRIAN TUNNELLING METHOD) ADICIONALMENTE CONSIDERA LAS CONDICIONES DE

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL Y TRIAXIAL, CORTE, ESTADO DE ESFUERZOS, EXCAVABILIDAD, SOPORTE, COBERTURA, OTROS


105105

CLASIFICACIN GEOMECANICA DE ROCAS DIACLASADAS CSIR: RMR de BIENIAWSKI *PROYECTO LOCALIZACION FECHA

ELABORO

A PARAMETROS DE CLASIFICACION Y SUS RANGOS

>8 4-8 2-4 1-2

1 Mpa Mpa Mpa Mpa

>200 100-200 50-100 25-50 10-25 3-10 1-3Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

VALORACION 15 12 7 4 2 1 02 RQD: Calidad de ncleos 90%-100% 75%-90% 50%-75% 25%-50%

VALORACION 20 17 13 83 ESPACIAMIENTO DE JUNTAS >3 m 1-3 m 0.3-1 m 50-300mm

VALORACION 30 25 20 10

4 ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADES

VALORACION 25 20 12 6Ninguna 125 litros/min

litros/min

5 RELACION Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 >0.5

Seco Solo humedo Ligera presion Serios problemas de agua

VALORACION 10 7 3B

Parmetro Escala de valores

0

0Cantidad de infiltracin en 10 m de tnel

Esfuerzo mayorPresin de agua en la fisura

AGUAS SUB- TERRANEAS

Situacin general

Superficies muy rugosas, sin continuidad. Paredes de roca dura inalterada

Superficies algo rugosas, separacin >1 mm. Paredes de roca in alterada

Superficies algo rugosas, separacin >1 mm. Paredes de roca alterada

Superficies pulidas o relleno5 mm

Fisuras continuas

Indice de la carga puntual

Resistencia a la compresin uniaxial

RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADA

Para esta escala tan baja se prefiere la prueba de resistencia a la C. U.

106106

VALORACION 25 20 12 6Ninguna 125

litros/min

5 RELACION Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 >0.5

Seco Solo humedo Ligera presion Serios problemas de agua

VALORACION 10 7 3B RANGOS DE AJUSTE PARA DIACLASAS POR ORIENTACION

Muy favorable Favorable Regular DesfavorableTneles 0 -2 -5 -10

Rangos Fundaciones 0 -2 -7 -15Taludes 0 -5 -25 -50

C CLASES DE MACIZOS ROCOSOS DETERMINADOS DE LA VALORACION TOTALRango de valoracin 100-81 80-61 60-41 40-21Clase N I II III IVDescripcin Muy buena buena Regular Mala

D SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE MACIZO ROCOSOClase N I II III IVTiempo promedio de sostenimiento 10 aos:claro 5m 6meses: claro4m 1semana:claro3m 5horas:claro1,5mCohesin de la masa de roca >300 kPa 200-300kPa 150-200kPa 100-150kPaAngulo de friccin de la masa de roca >45 40-45 35-40 30-35

E EFECTO DE LA ORIENTACION DE LAS DIACLASAS DURANTE LA EXCAVACION

Excavacin en sentido del B/to Excavacin encontra del B/toB/to 45-90 B/to 20-45 B/to 45-90 B/to 20-45 B/to 45-90 B/to 20-45M uy favorable Favorable Regular Desfavorable M uy desfavorable Regular

RMR= S (1, 2, 3, 4 y 5) + (Valoracin de B en funcin de E)

continuas

Cantidad de inf iltracin en 10 m de tnel

Esfuerzo mayorPresin de agua en la fisura

AGUAS SUB- TERRANEAS

Situacin general

0-20 indistintoRumbo paralelo al eje del tnel

Orientacin de diaclasas Muy desfavorable

Muy Mala

Desfavorable

V10min:claro0,5m

107107

CLASIFICACION GEOMECANICA RMR -CSIR (BIENIAWSKI)

108108


109109


110110


111111


112112

PROYECTO LOCALIZACION FECHA

ELABORODescripcin Valor Descripcin Valor

ROCK QUALITY DESIGNATION RQD ALTERACION DE LAS PAREDES f r JaA M uy mala 0 - 25 c. No contacto de paredes (grados)

B M ala 25 - 50 K Bandas o zonas desintegradas 6

C M edia 50 - 75 LBandas o zonas con roca fracturada y arcilla 88

D Buena 75 - 90 MG,H y J para condiciones arcillosas

6-24 8.0-12.0E Excelente 90 - 100 N Zonas o bandas de arcilla, no ablandable 5

JUEGOS DE DIACLASAS Jn Q Zonas gruesas y contnuas de arcilla 10.0-13.0A M asiva, sin o pocas juntas 0.5-1.0 P 6-24 13.0-20.0B 1 juego de juntas 2 R J en condiciones arcillosas 13.-20.0C 1 juego de juntas+ 1 dispersa 3 FACTOR DE REDUCCION POR AGUA EN JUNTAS Kgf/cm2 JwD 2 juegos de juntas 4 A Seco 10 0.1-0.05

CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS SEGN EL SISTEMA NGI: Qde BARTON,LEIN y LUNDE *

Bandas de arcilla, ver GyH para condiciones arcillosas

4 juegos o mas, fuerte/te diaclasada, etc. Influjo excepcionalmente alto o presin al punto de explosin, decae con el t iempoInflujo excepcionalmente alto o presin al punto de explosin, NO decae con el t iempo

Q= ( RQD/Jn) x ( Jr/Ja) x (Jw/SRF)

CLASIFICACION GEOMECANICA BARTON

113113

RUGOSIDAD DE DIACLASAS Jr FACTOR DE REDUCCION POR ESFUERZOS SRFa. Zonas dbiles intersectando la excavacin = caida de roca

A 10,0

A Discontinuas 4B 5,0

B Rugosas, onduladas, irregulares 3 C 2,5

C Asperas, onduladas 2 D 7,5

D Lisas, onduladas 1,5 E 5,0

E Rugosas, planares, irregulares 1,5 F 2,5

F Asperas, planas 1,0 G 5,0

G Lisas,planas 0,5 sc/s1 st/s1c. Juntas abiertas luego de cizalla b. Roca competente con problemas de esfuerzo

H 1,0 H Bajos esfuerzos, cerca de la superf icie. >200 >13 2,5J 1,0 J Esfuerzo medio 200-10 13-0.66 1ALTERACION DE LAS PAREDES f r Ja K Grandes esfuerzos, estructuras apretadas 10-5 0.66-0.33 0.5-2

a. Paredes en contacto (grados) L M oderadas explosiones de roca (en roca masiva) 5-2.5 0.33-0.16 5-10A __ 0,75 M Fuertes explosiones de roca (en roca masiva) >2.5 10 cm

F 25-30 4,0

G 16-24 6,0P M oderada presin de roca por expansin 5-10

H 12-16 8,0R Elevada presin de roca por expansin 10-20

J Arcillas higroscpicas, espesor 50mJuntas abiertas, fuerte/ te f racturada, aspecto bloques sueltos. Cualquier profundidad

a. Paredes de roca en contacto

Relleno de arena, grava o roca triturada suf iciente para impedir contacto

Q= ( RQD/Jn) x ( Jr/Ja) x (Jw/SRF)

Libres de arcilla, part iculas de arena, roca desintegradaFuertemente reconsolidada, arcillas no ablandables, espesor 50mM ult iples zonas de esfuerzos en roca competente, libres de arcilla, roca circundante suelta. Cualquier profundidadZonas aisladas de esfuerzos en roca competente, libre de arcilla. Profundidad < 50m

Relleno duro, no ablandable, impermeable

Paredes suavemente alteradas, libres de arcilla, minerales no ablandablesPt ina de s lice o arcilla-arena , fracciones de arcilla

Pt ina(1-2 mm espesor) de arcilla o mineral ablandable, kaolinita, mica, clorita. Talco, yeso, graf ito ect

114114

115115

Correlacin de Anlisis geotcnicosBarton - Bieniawski

RMR = 9.0 lnQ+44 (Segn Bieniawski, 1976)

RMR = 10.5 lnQ+42 (Segn Abad, 1983)

RMR = 13.5 lnQ+43 (Segn Rutledge, 1978)


116116

Carga sobre el soporte segn Bieniawski

P = G*b*(100-RMR)/100

Modulo de elasticidad de la roca segn Bieniawski

Em = 2*RMR-100 (en Gpa)


117117

Anlisis geotcnicos CLASIFICACION GEOMECANICA Q - NGI (BARTON)

RQD, NUMERO DE DIACLASAS, RUGOSIDAD Y RELLENO DE DISCONTINUIDADES, AGUA EN LAS JUNTAS, ESFUERZOS

CLASIFICACION GEOMECANICA RMR - CSIR (BIENIAWSKI) COMPRESION UNIAXIAL, RQD, ESPACIAMIENTO, ORIENTACION Y ESTADO DE

DISCONTINUIDADES, PRESENCIA DE AGUA

CLASIFICACION NATM (NEW AUSTRIAN TUNNELLING METHOD) ADICIONALMENTE CONSIDERA LAS CONDICIONES DE

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL Y TRIAXIAL, CORTE, ESTADO DE ESFUERZOS, EXCAVABILIDAD, SOPORTE, COBERTURA, OTROS


118118

Comportamiento geomecnico

Estado del macizo Tipo de excavacin

Clase Geotcnica

Comportamiento del macizo durante la excavacin del tnel

Macizo que soporta tensiones secundarias sin fallas, es

decir, elsti-ca-mente o con generacin de

desprendimientos pequeos en la clave; deformaciones cesan rpidamente; no se

requiere sostenimiento sistemtico

Roca masiva o roca con fracturamiento leve a

moderado, sin seales de meteorizacin

Excavacin a seccin completa posible; no se

recomienda por gran tamao de seccin

transversal, por dificultades operativas y por necesidad de limitar

vibracionesA2 con

desprendimientos

elstico, deformaciones reducidas de corta duracin, con pocos desprendimientos por existencia de

discontinuidades, preponderantemente en clave y hastiales superiores

Clasificacin Geotcnica segn esquema austraco

A1 Estable elstico, deformaciones reducidas de corta duracin, sin desprendimientos luego de completada la limpieza posterior a la voladura, estable permanentemente

Macizo que por existencia de discontinuidades tiende a

relajarse y perder resistencia rpidamente; ocurrencia de

fallas de profundidad limitada; con instalacin de refuerzos

sistemticos las deformaciones son reducidas y

cesan rpidamente

roca fracturada en mayor grado por estratificacin o diaclasas, en parte con

rellenos arcillosos y esquistocidad, hasta roca intensamente

fracturada por esquistocidad o

diaclasas muy estrechas en varias orientaciones, levemente meteorizada,

con zonas dbiles o rellenos arcillosos

Idem anterior B1 Friable Preponderantemente elstico, deformaciones reducidas de corta duracin, resistencia del macizo y estabilidad de cavidad reducidas por fracturamiento; relajacin de

macizo en clave y hastiales superiores.

Excavacin a frente completo solo posible limi-tadamente y no

re-co-mendable; se usa frente subdividido en sectores parciales de excavacin diferida

B2 Severa-mente friable

Existencia de sectores no elsticos profundos; con instalacin de sostenimiento sistemtico deformaciones reducidas de corta duracin; baja resistencia del macizo origina relajaciones crecientes y activacin de peso de

masa rocosa si refuerzos no son suficientes

Excavacin a travs de frente subdividido en frentes parciales de excavacin diferida

B3 Escurri-dizo Falta de cohesin y de trabazn son motivo de falta de estabilidad de la cavidad; la excavacin de sectores de tamao reducido puede originar el colapso repentino

del macizo, especialmente en sectores de falta de confinamiento en las 3 dimensiones


119119

Macizo en el cual las solicitaciones secundarias debidas a la excavacin

sobrepasan su resistencia; ocurrencia de fenmenos de falla como quiebres, pandeo, deslizamientos, prdida de estructura y deformaciones

plsticas del macizo hacia el interior de la cavidad;

comportamiento plstico y viscoso se materializa en

deformaciones diferidas en el tiempo, que pueden ser de gran

magnitud

Macizo sometido a repetidas acciones

externas, plegado en menor o mayor grado,

con marcada esquistocidad, partido,

parcial o totalmente milonitizado; zonas de

falla geolgica o de contactos de

deslizamientos; suelos secos y compactos hasta arcillas no consolidadas y

plsticas; suelos arcillosos o limosos

totalmente saturados; arenas sin cohesin;

macizos de comportamiento

hinchable;

de acuerdo a requerimientos

particulares

C1 estallido de rocas

Desprendimiento violento de fragmentos de roca por relajacin de una roca de gran dureza y comportamiento

frgil sometida a un estado tensional muy elevado

Excavacin a travs de frente subdividido en frentes parciales de excavacin diferida

C2 inestable con accin compresiva

Ocurrencia de sectores plsticos de gran pro-fundidad; an con refuerzos sistemticos se producen

deformaciones plsticas, de mag-ni-tud moderada y que cesan relativa-men-te rpido; elementos de refuerzo son

sobreexigidos localmente

C3 inestable con severa

accin compresiva

Ocurrencia de sectores plsticos de gran profundidad; an con refuerzos sistemticos se producen

deformaciones plsticas de gran magnitud y velozmente, las que solo cesan lentamente; gran parte de los elemen-tos de refuerzo pueden ser sobreexigidos

C4 fluyente falta de cohesin y friccin interna, con-sis-tencia blanda y plstica o fluida determinan un comportamiento fluyente

del macizo, an con excavacin de sectores muy reducidos

Excavacin debe ser precedida de me-didas

anticipadas de con-solidacin o

esta-bilizacin del macizo

C5 Hinchable por la existencia de minerales arcillosos de capacidad hinchable en contacto con agua, el macizo sufre un lento

y continuo aumento de volumen


120120

121121

122122

EL NUEVO METODO AUSTRIACO Y SU FILOSOFIA (Segn Rabcewicz)

Aplicacin de un soporte delgado, semi-rgido, colocado inmediatamente antes de que la roca pueda ser perjudicada por la descompresin.

El soporte o sostenimiento se disea para alcanzar el equilibrio permanente, despus de adaptarse a un reajuste de esfuerzos, independiente del material

El soporte puede ser de cualquier material adecuado como anclajes o pernos, hormign proyectado (concreto neumtico), hormign prefabricado, arcos (cerchas) metlicas, mallas electrosoldadas (mallazos) y cada uno de estos medios puede emplearse solo o en combinacin.

Instrumentacin


123123

EL NUEVO METODO AUSTRIACO Y SU FILOSOFIA (Segn Mller)

Utilizar la propia roca como elemento resistente frente a las cargas que se producen durante la excavacin.

No introducir daos en la roca durante su excavacin para no aumentar las diaclasas y no se formen aureolas de descompresin.

El soporte inicial debe ser flexible y proteger el macizo rocoso de los efectos de la excavacin (meteorizacin, descompresin, decohesin, etc).

El revestimiento se construye despus de la estabilizacin de las deformaciones en el macizo y soporte, con el fin de minimizar en el los esfuerzos.

Debe controlarse a todo momento el comportamiento de la roca y del soporte para comprobar su eficacia o la necesidad de refuerzo.


124124



GEOTCNICAS ANLISIS GEOTCNICOS DISEOS GEOTCNICOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


125125

Diseos geotcnicos Mtodos analticos

Formulacin elstica Mtodo de curvas

caractersticas


126126

Diseos geotcnicos Mtodos numricos

Mtodo de diferencias finitas Mtodo de elementos finitos Mtodo de elementos frontera Mtodo de elementos discretos Mtodos hbridos

Mtodos de diseo dinmico


127127

INTRODUCCIN ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLGICAS E

HIDROGEOLGICAS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOTCNICAS ANLISIS GEOTCNICOS DISEOS GEOTCNICOS

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


128128


Buena parte de los estudios y diseosrealizados para tneles en Colombia hancarecido del nivel necesario de investigacionesgeolgicas, hidrogeolgicas y geotcnicas, ascomo de anlisis detallado por lo cual se hanpresentado, en casi todos los ya excavados,diferencias sustanciales entre la distribucingeotcnica inicialmente estimada y la realmenteencontrada durante la excavacin y soporte.


129129


Para algunos diseos de nuevos tneles quesern construidos proximamente se harealizado un mayor esfuerzo en los estudios einvestigaciones, sin embargo el nivel deincertidumbre sobre la distribucin geotcnicaan es alto, aspecto que se deber mejorarpara disminuir el desfase en costos y plazos.


130130


La estimacin de los soportes se ha realizadobsicamente mediante anlisis con mtodosempricos como RMR, Q y NATM, sin elaborarun completo diseo del soporte y revestimientoque use mtodos numricos que modelan conmayor exactitud el comportamiento ycondiciones del macizo rocoso, el tipo ycantidad de soporte, el proceso constructivo ylas condiciones del revestimiento


131131

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESDurante la elaboracin de estudios einvestigaciones para tneles se debe aumentar lainversin de recursos al nivel recomendadointernacionalmente, ya que esto redundar enmenores costos y plazos durante construccin.Se recomienda la elaboracin de diseosdefinitivos adecuados del soporte yrevestimiento mediante el uso de mtodosnumricos y no solo usar mtodos empricos queson adecuados solo para niveles deprefactibilidad o factibilidad.


132132

HCTOR SALAZAR BONILLAHCTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D.

DiseoDiseo y y ClculoClculo EstructuralEstructural de de TnelesTneles

CelularCelular: 313 828 13 20: 313 828 13 20ee--mail: mail: [email protected]@[email protected]@consorciovialhelios.com

4 Estudios e Investigaciones Para Diseño de Tuneles

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