CLASIFICACIONES GEOMECNICAS Y DISEO EMPRICO DE TUNELES

LUIS JORDA BORDEHORE (Dr. Ingeniero de Minas)

ljbordehore@gmail.com

NDICE

1. PREFACIO .................................................................................................. 4

2. INTRODUCCION ........................................................................................ 5

3. CLASIFICACIN GEOMECNICA RMR (BIENIAWSKI) .......................... 8

4. CLASIFICACION GEOMECNICA Q ....................................................... 12

5. OTRAS CLASIFICACIONES .................................................................... 20

5.1 CLASIFICACIN DE TERZAGHI ........................................................................................ 20

5.2 CLASIFICACIN DE PROTODYAKONOV ........................................................................ 20

5.3 CLASIFICACIN DE LAUFFER ........................................................................................... 20

5.4 CLASIFICACIN RQD ........................................................................................................... 20

5.5 CLASIFICACIN RSR ............................................................................................................ 21

5.6 CLASIFICACIN DE GONZLEZ VALLEJO .................................................................... 21

5.7 CLASIFICACIN SMR ........................................................................................................... 21

6. ESTACIONES GEOMECNICAS. DESCRIPCION DE LOS MACIZOS ROCOSOS ....................................................................................................... 24

6.1 ESTACIONES GEOMECANICAS .......................................................................................... 24

6.2 DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO ........................................... 25 6.2.1 ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO. SUPERFICIES DE DISCONTINUIDAD.... 25 6.2.2 CARACTERES GEOMECNICOS DE LAS DISCONTINUIDADES ........................... 26 6.2.3 ESPACIADO ...................................................................................................................... 27 6.2.4 CONDICIN DE LAS DISCONTINUIDADES ............................................................... 27 6.2.5 CLCULO DEL RQD ....................................................................................................... 34 6.2.6 RESISTENCIA A COMPRESIN UNIAXIAL DE LA MATRIZ ROCOSA .................. 36 6.2.7 CIRCULACIN DE AGUA .............................................................................................. 38

7. DISEO EMPIRICO DE SOSTENIMIENTOS ........................................... 40

7.1 GENERALIDADES ................................................................................................................... 40

7.2 CRITERIO DE DISEO ........................................................................................................... 41

7.3 TIPO DE SOSTENIMIENTO SEGN NDICE RMR. BENIAWSKI ................................. 41

7.4 PREDISEO DE SOSTENIMIENTOS A PARTIR DEL INDICE Q .................................. 46

7.5 TRAMIFICACION GEOTCNICA DE TNELES .............................................................. 53

8. LEVANTAMIENTOS GEOMECNICOS DE FRENTES........................... 54

9. SISTEMA GSI ................................. ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................... 56

11. RECURSOS ON LINE ........................................................................... 57

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1. PREFACIO

Hoy en da existe una metodologa internacionalmente aceptada para el estudio y diseo de las obras subterrneas excavadas en roca. Los pasos a seguir para la caracterizacin del macizo rocoso y los modelos de anlisis son comunes entre los ingenieros del mundo entero de tal forma que existe ya un vocabulario comn (entendible por cualquier proyectista y contratista de obras subterrneas). La evaluacin emprica del sostenimiento de obras subterrneas se realiza empleando las CLASIFICACIONES GEOMECANICAS RMR y Q, una puntuacin del macizo rocoso en base al cual se establecen diversas categoras de sostenimiento. El anlisis de gabinete empieza por una caracterizacin y evaluacin inicial de la estabilidad y el sostenimiento a partir de estas clasificaciones geomecnicas as como una posterior validacin mediante mtodos numricos.

Figura 1: Despus de la voladura y el saneo el especialista pasa a realizar el levantamiento del frente. Tnel de Churriana, Mlaga Espaa

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2. INTRODUCCION

Las clasificaciones geomecnicas (en ingls Rock Mass Classification) tienen por objeto caracterizar ingenierilmente un determinado macizo rocoso y evaluar unas necesidades de sostenimiento en funcin de una serie de parmetros a los que se les asigna un cierto valor. Clasificar geomecnicamente una masa o macizo rocoso consiste en otorgarle una puntuacin segn una metodologa o criterio preestablecido. Una vez puntuado el macizo, se clasifica en una categora de entre varias existentes en funcin del rango de puntos. Es crucial considerar que cada una de estas categoras se puede traducir en una serie de recomendaciones sobre longitud de pase, tiempo de estabilidad de los vanos, necesidades y tipos de sostenimiento, etc.

Las clasificaciones geomecnicas surgieron de la necesidad de parametrizar observaciones y datos empricos, para evaluar medidas de sostenimiento de tneles. () Se puede decir que hoy da las clasificaciones geomecnicas son un mtodo de uso generalizado en el proyecto y construccin de tneles. Las clasificaciones geomecnicas son un mtodo de ingeniera geolgica que permite evaluar el comportamiento geomecnico de los macizos rocosos, y de aqu estimar los parmetros geotcnicos de diseo y el tipo de sostenimiento de un tnel. (GONZLEZ VALLEJO, 2002).

Entre las distintas clasificaciones para tneles propuestas hasta el presente sobresalen las de TERZAGHI (1946), LAUFFER (1958), DEERE et al (1967), WICKHAM et al (1972), BENIAWSKI (1973) y BARTON et al (1974). De ellas solamente las dos ltimas proporcionan procedimientos cuantitativos aplicables a los modernos sistemas de sostenimiento y construccin de tneles. Dichos mtodos parten de la combinacin de algunos de los siguientes parmetros del macizo rocoso:

Resistencia a compresin simple del material rocoso.

RQD.

Espaciado de discontinuidades.

Orientacin de las discontinuidades.

Condiciones de las discontinuidades (continuidad, separacin, rugosidad, meteorizacin y relleno).

Estructuras geolgicas y fallas individualizadas.

Filtraciones.

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Estado tensional.

La gran aportacin de estas clasificaciones ha sido la de parametrizar y establecer un lenguaje comn entre gelogos, ingenieros y constructores. En el caso de las minas, las planillas o estadillos de trabajo deben de estar en cierto modo pre-diseados para las caractersticas propias del entorno: fracturas segn una nica familia (modelos de capas), cuas, zonas de intensa fracturacin, fallado y circulacin de agua, tipologa de huecos, conocimiento local, etc. Los estadillos de campo (planillas) se deben adaptar al entorno de trabajo, con las dificultades de la toma de datos que ello conlleve.

Las clasificaciones son una herramienta muy til en el diseo y construccin de obras subterrneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicacin, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza.

Las clasificaciones pueden usarse en la etapa de Proyecto y tambin durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de cada sistema de clasificacin, mientras que durante la Obra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanza la excavacin del tnel o la galera y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.

En los esquemas que siguen se muestran las actividades concretas a efectuar en las dos etapas que se han considerado.

Etapa de Proyecto.- Las actividades tpicas que se realizan durante el Proyecto en relacin con las Clasificaciones Geomecnicas son las siguientes:

Efectuar el Estudio Geolgico de la traza por donde va a discurrir el tnel o galera. Evaluar litologas, resistencia de la roca, estado de las juntas y presencia de agua.

Dividir el perfil longitudinal de la obra subterrnea en tramos de caractersticas similares.

Calcular el ndice de clasificacin de cada tramo. Es conveniente el uso de al menos dos sistemas de clasificacin, los ms habituales son el de Bieniawski y el de Barton.

Asignar a cada tramo un sostenimiento, en funcin del ndice de calidad obtenido de las propuestas del sistema de clasificacin y de la propia experiencia del proyectista.

Etapa de obra.- Durante la Obra las Clasificaciones Geomecnicas se usan segn se explica a continuacin:

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Es necesario tener previstos varios tipos de sostenimiento y los criterios para aplicar cada uno de ellos. Generalmente estos debern venir incluidos en el Proyecto Constructivo del tnel o de la mina.

En cada avance calcular en el frente el ndice de calidad de la roca (RMR, Q, otros). Para ello es conveniente usar unas planillas (estadillos) que se rellenan en el propio tajo.

En funcin del ndice de calidad obtenido y de otros criterios que pudiera haber definidos (algunos pueden basarse en experiencias locales, proyectista, condicionantes especficos, etc.), aplicar el tipo de sostenimiento correspondientes

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3. CLASIFICACIN GEOMECNICA RMR (BIENIAWSKI) El sistema de clasificacin Rock Mass Rating o sistema RMR fue desarrollado por Z.T. Bieniawski (2) durante los aos 1972-73, y ha sido modificado en 1976 y 1979, en base a ms de 300 casos reales de tneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edicin de 1989, que coincide sustancialmente con la de 1979.

Para determinar el ndice RMR de calidad de la roca se hace uso de los seis parmetros del terreno siguientes:

1) La resistencia a compresin simple del material

2) El RQD (Rock Quality Designation)

3) El espaciamiento de las discontinuidades

4) El estado de las juntas 5) La presencia de agua

6) La orientacin de las discontinuidades

El RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que corresponden a los valores de cada uno de los seis parmetros enumerados. El valor del RMR oscila entre 0 y 100, y es mayor cuanto mejor es la calidad de la roca. Bieniawski distingue cinco tipos o clases de roca segn el valor del RMR:

CLASE I : RMR>80, Roca muy buena

CLASE II : 80>RMR>60, Roca buena

CLASE III: 60>RMR>40, Roca media

CLASE IV : 40>RMR>20, Roca mala

CLASE V : RMR

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primera aproximacin a partir del rebote del esclermetro (martillo Schmidt) o con unas tablas semicuantitativas empricas en funcin del golpeo del martillo de gelogo.

2) RQD: Tiene una valoracin mxima de 20 puntos. Se denomina RQD de un cierto tramo de un sondeo a la relacin en tanto por ciento entre la suma de las longitudes de los trozos de testigo mayores de 10 cm y la longitud total del sondeo.

3) SEPARACIN ENTRE JUNTAS: Tiene una valoracin mxima de 20 puntos. El parmetro considerado es la separacin en metros entre juntas de la familia principal de diaclasas de la roca.

4) ESTADO DE LAS DIACLASAS: Es el parmetro que ms influye, con una valoracin mxima de 30 puntos. Pueden aplicarse los criterios generales de la tabla 1 o bien aplicar la tabla 5, en la que el estado de las diaclasas se descompone en otros cinco parmetros: persistencia, apertura, rugosidad, relleno y alteracin de la junta.

5) PRESENCIA DE AGUA: La valoracin mxima es de 15 puntos. La tabla 1 ofrece tres posibles criterios de valoracin: estado general, caudal cada 10 metros de tnel y relacin entre la presin del agua y la tensin principal mayor en la roca.

6) ORIENTACIN DE LAS JUNTAS: Este parmetro tiene una valoracin negativa, y oscila para tneles entre 0 y -12 puntos. En funcin del buzamiento de la familia de diaclasas y de su rumbo en relacin con el eje del tnel (paralelo o perpendicular), se establece una clasificacin de la discontinuidad en cinco tipos: desde Muy Favorable hasta Muy Desfavorable. Segn el tipo se aplica la puntuacin especificada en la tabla 2.

Para cada clase de roca, Bieniawski propone una cuanta de sostenimiento y un mtodo de excavacin. Esta tabla es aplicable a tneles excavados en roca mediante perforacin y voladura, con anchura o vano comprendido entre 5 y 10 metros.

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1 Resistencia de la

roca sana (MPa)

Ensayo carga

puntual

>10 4-10 2-4 1-2 --

Compr. simple

>250 100-250 50-100 25-50 5-25 1-5 45 Buzamien: 20-45

Buz.>45 Buzamien: 20-45

Buz.>45 Buzamien: 20-45

Muy favorable

Favorable Medio Desfavo-rable

Muy des-favorable

Medio Desfavorable

Tabla 3: Clasif. Geomec. Bieniawski: Orientacin de las diaclasas

CLASE I II III IV V

CALIDAD Muy buena Buena Media Mala Muy mala

RMR 81-100 61-80 41-60 21-40 0-20

Tiempo de estabilidad y longitud del vano

10 aos 5 metros

6 meses 8 metros

1 semana 5 metros

10 horas 2.5 metros

30 minutos 1 metro

Cohesin (MPa) >0.4 0.3-0.4 0.2-0.3 0.1-0.2 45 35-45 25-35 15-25 15

Tabla 4: Clasif. Geomec. Bieniawski: Clasificacin y caractersticas

PARMETRO VALORACIN Persistencia 20 m

6 4 2 1 0

Apertura Nada 5 mm

6 5 4 1 0

Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ligeramente rugosa

Ondulada Suave

6 5 3 1 0

Ninguno Relleno duro Relleno blando

Relleno 5 mm 5 mm

6 4 2 2 0

Alteracin Inalterado Ligeramente alterado

Moderadam. alterado

Muy alterado Descom-puesto

6 5 3 1 0

Tabla 5: Gua para valorar el estado de las discontinuidades (segn Bieniawski)

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4. CLASIFICACION GEOMECNICA Q El Sistema-Q o Clasificacin de Barton fue desarrollado en Noruega en 1974 por Barton, Lien y Lunde, del Instituto Geotcnico Noruego. Se bas su estudio en el anlisis de cientos de casos de tneles construidos principalmente en Escandinavia.

La Clasificacin de Barton asigna a cada terreno un ndice de calidad Q, tanto mayor cuanto mejor es la calidad de la roca. Su variacin no es lineal como la del RMR, sino exponencial, y oscila entre Q=0.001 para terrenos muy malos y Q=1000 para terrenos muy buenos.

El valor de Q se obtiene de la siguiente expresin:

Q RQDJn

JrJa

JwSRF

=

Donde cada parmetro representa lo siguiente:

RQD es el ndice Rock Quality Designation, es decir, la relacin en tanto por ciento entre la suma de longitudes de testigo de un sondeo mayores de 10 cm y la longitud total. Barton indica que basta tomar el RQD en incrementos de 5 en 5, y que como mnimo tomar RQD=10.

Jn vara entre 0.5 y 20, y depende del nmero de familias de juntas que hay en el macizo.

Jr vara entre 1 y 4, y depende de la rugosidad de las juntas.

Ja vara entre 0.75 y 20, y depende del grado de alteracin de las paredes de las juntas de la roca.

Jw vara entre 0.05 y 1, dependiendo de la presencia de agua en el tnel.

SRF son las iniciales de Stress Reduction Factor, y depende del estado tensional de la roca que atraviesa el tnel.

Para la obtencin de cada uno de los cinco ltimos parmetros, Barton aporta unas tablas donde se obtienen los valores correspondientes en funcin de descripciones generales del macizo rocoso.

De esta forma los diferentes cocientes tienen una significacin especial:

(RQD/Jn) indica el tamao de bloque.

(Jr /Ja) la resistencia al corte entre los bloques.

(Jw/SRF) la influencia del estado tensional, de difcil interpretacin.

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A continuacin se indica el modo de valorar los diferentes parmetros

A Muy mala 0-25

B Mala 25-50

C Media 50-75

D Buena 75-90

E Excelente 90-100

Notas:

Cuando se obtienen valores del RQD inferiores o iguales a 10, se toma un valor de 10 para calcular el ndice Q. Los intervalos de 5 unidades para el RQD, es decir, 100, 95,90, etc. tienen suficiente precisin.

Tabla 6: Calidad del testigo RQD en la clasificacin Q de Barton.

A Roca masiva, sin diaclasar o con fisuracin escasa 0,5 1,0

B Una familia de diaclasas 2

C Una familia y algunas diaclasas aleatorias 3

D Dos familias de diaclasas 4

E Dos familias y algunas diaclasas aleatorias 6

F Tres familias de diaclasas 9

G Tres familias y algunas diaclasas aleatorias 12

H Cuatro o ms familias, diaclasas aleatorias, roca muy fracturada, roca en terrones

15

J Roca triturada, terrosa 20

Notas:

En intersecciones de tneles se utiliza la expresin (3Jn) En las bocas de los tneles se utiliza la expresin (2Jn)

Tabla7: Valoracin del ndice de diaclasado Jn en la clasificacin Q de Barton.

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Contacto entre las dos caras de la discontinuidad.

Contacto entre las dos caras de la discontinuidad ante un desplazamiento cortante inferior a 10 cm.

A Diaclasas discontinuas 4

B Diaclasas onduladas, rugosas o irregulares 3

C Diaclasas onduladas, lisas 2

D Diaclasas onduladas, perfectamente lisas 1,5

E Diaclasas planas, rugosas o irregulares 1,5

F Diaclasas planas, lisas 1,0

G Diaclasas planas, perfectamente lisas 0,5

Notas:

Las descripciones se refieren a caracterizaciones a pequea escala y escala intermedia, por este orden.

No existe contacto entre las caras de la discontinuidad ante un desplazamiento cortante.

H Zona que contiene minerales arcillosos con un espesor suficiente para

impedir el contacto de las caras de la discontinuidad. 1,0

J Zona arenosa, de gravas o triturada con un espesor suficiente para impedir el contacto entre las dos caras de la discontinuidad.

1,0

Notas:

Si el espaciado de la principal familia de discontinuidades es superior a 3m. se debe aumentar el ndice Jr en una unidad.

En el caso de diaclasas planas perfectamente lisas que presenten lineaciones, y que dichas lineaciones estn orientadas segn la direccin de mnima resistencia, se puede utilizar el valor Jr = 0,5

Tabla 8: Valoracin del ndice de rugosidad Jr de las discontinuidades, en la clasificacin Q de Barton.

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Ja

Contacto entre los planos de la discontinuidad (sin minerales de relleno intermedio)

A Discontinuidad cerrada, dura, sin reblandecimientos, impermeable, cuarzo - 0,75

B Planos de discontinuidad inalterados, superficies ligeramente manchadas 25-35

1,0

C Planos de discontinuidades ligeramente alterados. Presentan minerales no reblandecibles, partculas arenosas, roca desintegrada libre de arcillas, etc.

25-35

2,0

D Recubrimientos de arcillas limosas o arenosas. Fraccin pequea de arcilla (no blanda)

20-

25 3,0

E Recubrimientos de arcillas blandas o de baja friccin, es decir, caolinita o mica. Tambin clorita, talco, yeso, grafito, etc., y pequeas cantidades de arcillas

expansivas

8-

16 4,0

Contacto entre los planos de la discontinuidad ante un desplazamiento cortante inferior a 10 cm (minerales de relleno en pequeos espesores)

F Partculas arenosas, roca desintegrada libre de arcilla, etc. 25-30

4,0

G Fuertemente sobreconsolidados, con rellenos de minerales arcillosos no blandos (continuos, pero con espesores inferiores a 5mm)

16-24

6,0

H Sobreconsolidacin media a baja, con reblandecimiento, rellenos de minerales arcillosos (continuos, pero de espesores inferiores a 5mm)

12-

16 8,0

J Rellenos de arcillas expansivas, es decir, tipo montmorillonita (continuos, pero con espesores inferiores a 5mm). El valor de Ja depende del porcentaje de partculas con tamaos similares a los de las arcillas expansivas.

6-12

8-12

No se produce contacto entre los planos de la discontinuidad ante un desplazamiento cortante (rellenos de mineral de gran espesor)

K,L,M Zonas o bandas de roca desintegrada o triturada y arcillas (ver G,H, y J para las descripcin de las condiciones de las arcillas)

6-24

6,8 8-12

N Zonas o bandas de arcillas limosas o arenosas, con pequeas fracciones de arcillas no reblandecibles

- 5,0

O,P,R Zonas o bandas continuas de arcilla, de espesor grueso (ver clases G, H y J, para la descripcin de las condiciones de las arcillas)

6-24

10,13

13-20

Tabla 9: Valoracin del ndice de alteracin de las discontinuidades Ja, en la clasificacin Q de Barton.

16

Los valores expresados para los parmetros Jr y Ja se aplican a las familias de diaclasas o discontinuidades que son menos favorables con relacin a la estabilidad, tanto por la orientacin de las mismas como por su resistencia al corte (esta resistencia puede evaluarse mediante la expresin: n tg-1(Jr /Ja).

Presin de agua (Kg/cm2)

Jw

A Excavaciones secas o pequeas afluencias, inferiores a 5 l/min, de forma localizada

10 0,2-0,1

F Afluencia excepcionalmente alta, o presin elevada de carcter persistente, sin disminucin apreciable

>10 0,1-0,05

Notas:

Los valores de las clases C, D, E y F son meramente estimativos. Si se acometen medidas de drenaje, puede incrementarse el valor Jw

No se han considerado los problemas especiales derivados de la formacin de hielo

Tabla 10: Factor de reduccin por la presencia de agua.

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SRF Las zonas dbiles intersectan a la excavacin, pudiendo producirse desprendimientos de roca a medida que la excavacin del tnel va avanzando

A Mltiples zonas dbiles, conteniendo arcilla o roca desintegrada qumicamente, roca de contorno muy suelta (a cualquier profundidad) 10 B Zonas dbiles aisladas, conteniendo arcilla o roca desintegrada qumicamente (profundidad de la excavacin 50 m) 5 C Zonas dbiles aisladas, conteniendo arcilla o roca desintegrada qumicamente (profundidad de la excavacin > 50m) 2,5 D Mltiples zonas de fracturas en roca competente (libre de arcillas), roca de contorno suelta (a cualquier profundidad) 7,5 E Zonas de fractura aisladas en roca competente (libre de arcillas) (profundidad de excavacin 50 m) 5,0 F Zonas de fractura aisladas en roca competente (libre de arcillas) (profundidad de excavacin > 50 m) 2,5 G Terreno suelto, diaclasas abiertas, fuertemente fracturado, en terrones, etc. (a cualquier profundidad) 5,0 Nota: Se reducen los valores expresados del SRF entre un 20-50% si las zonas de fracturas solo ejercen cierta influencia pero no intersectan a la excavacin. Rocas competentes, problemas tensionales en las rocas c/1 /c SRF H Tensiones pequeas cerca de la superficie, diaclasas abiertas >200 10, se tomar el valor 0,5 c, c es resistencia a compresin simple, 1 y 3 son las tensiones principales mayor y menor y es la tensin tangencial mxima, estimada a partir de la teora de la elasticidad.

En los casos en los que la profundidad de la clave del tnel es menor que la anchura de la excavacin, se sugiere aumentar el valor del factor SRF entre 2,5 y 5 unidades (vase clase H) Rocas deformables: flujo plstico de roca incompetente sometida a altas presiones litostticas /c SRF O Presin de deformacin baja 1-5 5-10 P Presin de deformacin alta >5 10-20 Notas:

Los fenmenos de deformacin o fluencia de rocas suelen ocurrir a profundidades H>350Q1/3 (SINGH et alii., 1992). La resistencia compresin del macizo rocoso puede estimarse mediante la expresin: q(MPa)7Q1/3, donde es la densidad de la roca en g/cm3 (Singh,1993) Rocas expansivas: actividad expansiva qumica dependiendo de la presencia de agua. SRF R Presin de expansin baja 5-10 S Presin de expansin alta 10-15 Q = (RQD/Jn )(Jr /Ja )(Jw/SRF)

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Tabla 11: Valoracin de las condiciones tensionales de la roca (SRF) de la clasificacin Q de Barton.

Como resultado el ndice Q puede valorarse como:

Intervalo Descripcin o calidad

0,001 0,01 Roca excepcionalmente mala

0,01 0,1 Roca extremadamente mala

0,1 1 Roca muy mala

1 - 4 Roca mala

4 - 10 Roca media

10 - 40 Roca buena

40 - 100 Roca muy buena

100 - 400 Roca extremadamente buena

400 - 1000 Roca excepcionalmente buena

Tabla 12: Puntuacin de la clasificacin Q de Barton.

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5. OTRAS CLASIFICACIONES

Se explican brevemente a continuacin las caractersticas de otros sistemas de clasificacin geomecnica, pero sin entrar en el contenido concreto de las mismas ya que hoy en da son poco utilizados.

5.1 CLASIFICACIN DE TERZAGHI La Clasificacin de Terzaghi fue propuesta por este autor en 1964. Clasifica los terrenos en 9 tipos: los tipos 1 al 5 son diversas calidades de roca, el tipo 6 son arenas y gravas, el tipo 7 y 8 son arcillas, y el tipo 9 son terrenos expansivos. Para cada uno de ellos da una carga de roca sobre el revestimiento del tnel en funcin de las dimensiones de ste, de la profundidad y de la densidad de la roca.

5.2 CLASIFICACIN DE PROTODYAKONOV Es una clasificacin que fue usada en los pases del Este de Europa. Se basa en clasificar los terrenos asignndoles un parmetro "f" llamado coeficiente de resistencia a partir del cual se definen las cargas que actan sobre el revestimiento. El valor de f se obtiene en rocas a partir de la resistencia a compresin simple y en suelos a partir de la cohesin y el ngulo de rozamiento.

5.3 CLASIFICACIN DE LAUFFER Se definen siete clases de terreno, denominadas A, B,..., G, a partir de caractersticas generales. En un baco se muestra el tiempo de estabilidad de la excavacin sin sostener en funcin de la clase de terreno y del vano mximo del tnel.

5.4 CLASIFICACIN RQD Fue propuesta por Deere y se basa en clasificar el terreno nicamente por el valor del Rock Quality Designation o RQD. Segn el valor de este parmetro se proponen unos ciertos sistemas de sostenimiento.

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5.5 CLASIFICACIN RSR Fue definida por Wickham et al en 1972, y es el antecesor inmediato del sistema RMR. Se basa en obtener un ndice de calidad de la roca llamado RSR (Rock Structure Rating). El RSR se obtiene como suma de tres parmetros: RSR = A + B + C, y tiene un valor comprendido entre 0 y 100, al igual que el RMR.

El parmetro A tiene un valor mximo de 30 puntos, y depende de la litologa y de la estructura del macizo rocoso. El parmetro B tiene un valor mximo de 50 puntos, y es funcin de la orientacin de las juntas con respecto al eje del tnel y de la separacin entre diaclasas de la misma familia. Por ltimo, el parmetro C tiene un valor mximo de 20 puntos, y depende de la presencia de agua y del estado de las diaclasas.

El autor propone unas tablas de doble entrada en donde se obtienen los tres valores A, B y C. Posteriormente aporta unas expresiones para calcular la carga de la roca sobre el revestimiento en funcin del RSR y de las dimensiones del tnel.

5.6 CLASIFICACIN DE GONZLEZ VALLEJO Propuesta por este autor espaol en 1983, esta clasificacin es una adaptacin de la Clasificacin de Bieniawski para ser aplicada conociendo nicamente datos superficiales. Adems de los parmetros que incluye el sistema RMR, se usan: la historia tectnica del macizo, la durabilidad de la roca, el mtodo de excavacin y el tiempo que va a estar el tnel sin sostener.

5.7 CLASIFICACIN SMR La clasificacin SMR la estableci ROMANA primero como una modificacin de los factores de correccin del ndice RMR para taludes(ROMANA 1985), posteriormente como una clasificacin geomecnica sensu stricto (ROMANA, 1993, 1995).

El ndice SMR para la clasificacin de taludes se obtiene del ndice RMR bsico sumando un factor de ajuste, que es funcin de la orientacin de las juntas (y producto de tres subfactores) y un factor de excavacin que depende del mtodo utilizado:

SMR = RMR + (F1 x F2 x F3 ) + F4

El factor de ajuste de las juntas es producto de tres subfactores:

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F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud. Vara entre 1.00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0.15 (cuando el ngulo entre ambos rumbos es mayor de 30 y la probabilidad de rotura es muy baja). Estos valores establecidos empricamente, se ajustan aproximadamente a la expresin: F1 = (1 sen (aj as) )2 F2 depende del buzamiento de la junta de rotura plana. En cierto sentido es una medida de la probabilidad de la resistencia a esfuerzo cortante de la junta. Vara entre 1,00 (para juntas con buzamiento superior a 45) y 0,15 (para juntas con buzamiento inferior a 20). Fue establecido empricamente pero puede ajustarse aproximadamente segn la relacin: F2 = (tg2 bj )2 Donde bj es el buzamiento de la junta. F2 vale 1,00 para las roturas por vuelco. F3 refleja la relacin entre los buzamientos de la junta y el talud. Se han mantenido los valores propuestos por BIENIAWSKI en 1976 que son siempre negativos:

FACTOR DE AJUSTE F3 PARA LAS JUNTAS (ROMANA, 1985) Caso Muy

favorable Favorable Normal Desfavorable Muy

desfavorable

P

T

[AJ-AS] [??

> 30 30 - 20 20 - 10 10- 5 10

< 110

10 - 0

110 - 120

0

> 120

0 - (-10) < - 10 -

P/T F3 -6 -25 - 50 -60

Tabla 13: Factor de ajuste para a las juntas (ROMANA, 1985).

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FACTOR DE AJUSTE SEGN EL MTODO DE EXCAVACIN (ROMANA, 1985) Mtodo Talud natural Precorte Voladura

suave Voladura o mecnico

Voladura deficiente

F4 + 15 + 10 + 8 0 -8

Tabla 14: Factor de ajuste segn el mtodo de excavacin (ROMANA, 1985).

CLASES DE ESTABILIDAD SEGN EL SMR (ROMANA, 1985) Clase n V IV III II I

SMR 0 - 20 21 - 40 41 - 60 61 - 80 81 100

Descripcin Muy mala Mala Normal Buena Muy buena

Estabilidad Totalmente inestable

Inestable Parcialmente estable

Estable Totalmente estable

Roturas Grandes roturas por planos continuos o por masa

Juntas o grandes cuas

Algunas juntas o muchas cuas

Algunos bloques

Ninguna

tratamiento Reexcavacin Correccin Sistemtico Ocasional Ninguno

Tabla 15: Clases de estabilidad segn SMR (ROMANA, 1985).

Roturas planas Roturas en cua

SMR > 60 Ninguna SMR > 75 Muy pocas 60 > SMR > 40 Importantes 75 > SMR > 49 Algunas 40 > SMR > 15 Muy grandes 55> SMR > 40 Muchas Roturas por vuelco Roturas completas, tipo suelo

SMR > 65 Ninguna SMR > 30 Ninguna 65 > SMR > 50 Menores 30 > SMR > 10 Posible 40 > SMR > 30 Muy grandes

Tabla 16: Tipos ms habituales de inestabilidad segn el SMR.

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6. ESTACIONES GEOMECNICAS. DESCRIPCION DE LOS MACIZOS ROCOSOS

6.1 ESTACIONES GEOMECANICAS Una vez conocida la metodologa terica y de clculo de gabinete, es cuando se deben de realizar estadillos de campo lo ms simplificado posibles con objeto de que sean fcilmente rellenables. No debemos olvidar que una cosa es la teora y el trabajo en gabinete a la lumbre y otra bien distinta tomar datos en campo con viento y fro o en el interior de una hmeda galera. No podemos pretender rellenar estadillos complejos. Es necesario tomar todos los datos posibles de campo, pues a menudo, no se puede volver al punto de medicin. Tal es el caso de la excavacin de una galera de avance o un frente de tnel. En otras ocasiones, es simplemente difcil o antieconmico el regresar sin causa justificada salvo una deficiente toma de datos. La informacin que traigamos en el estadillo debe de ser lo ms completa posible.

Por otro lado estos estadillos de campo deben de llevar un formato absolutamente paralelo a la metodologa de interpretacin que despus seguiremos en gabinete. En los ltimos aos se han puesto de moda estadillos de campo a partir de hojas de clculo Excel que son prcticamente las mismas que despus tomaremos para obtener los parmetros de juntas, matriz rocosa y macizo rocoso.

Una estacin geomecnica es un conjunto de observaciones ordenadas en un entorno con objeto de valorar un macizo rocoso. Se asumen a un nico punto y agrupan observaciones de juntas y de matriz rocosa para dar un valor al conjunto denominado macizo rocoso. En general de observan juntas y litologa en un entorno de unos 5 m del punto en el que investigamos. Se establecen tantas como zonas diferenciadas claramente veamos.

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Figura 3: Realizacin de una estacin geomecnica en un realce de la mina de San Marcelino, en Colmenar Viejo.

Ntese como una persona rellena el estadillo mientras la otra aplica el esclermetro contra la roca. En minas de este tipo las condiciones son penosas, por lo que es muy recomendable trabajar en parejas.

6.2 DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO 6.2.1 ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO. SUPERFICIES DE DISCONTINUIDAD

Una discontinuidad es una superficie del macizo rocoso que est abierta o puede abrirse fcilmente a causa de tensiones inducidas por la excavacin. Las superficies de discontinuidad aparecen durante la formacin de la roca (planos de estratificacin, laminacin, foliacin, disyuncin, etc.) o posteriormente por causas tectnicas (esquistosidad, pizarrosidad y las fracturas: fallas y las diaclasas (estas ltimas denominadas vulgarmente juntas). Las fracturas son planos de discontinuidad originados cuando la roca ha estado sometida a un esfuerzo tectnico que sobrepas su lmite de rotura. Consideramos dos tipos de fracturas: fallas y juntas. La falla se origina cuando las dos secciones que separan la fractura han sufrido desplazamiento, una respecto de la otra, paralelamente a la fractura. La magnitud del desplazamiento puede variar entre milmetros hasta decenas de kilmetros. Se denomina junta cuando el desplazamiento relativo entre secciones es nulo o prcticamente nulo.

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6.2.2 CARACTERES GEOMECNICOS DE LAS DISCONTINUIDADES

En geotecnia la tendencia es definir las discontinuidades por la direccin de buzamiento y el buzamiento (en ingls: DIP-DIR y DIP). As 240/20 indica una direccin de buzamiento N-240E y un buzamiento de 20. Trabajaremos en todo momento con rumbos y direcciones (de planos y de taludes y galeras) referidos todos al Norte Magntico.

Como regla sencilla para recordar, la direccin de buzamiento es la de la lnea de mxima pendiente del plano, marcada por el recorrido que llevara una gota de agua que deslizase por la superficie

Figura 4: Esquema de la representacin geomecnica de una discontinuidad, segn HOEK, KAISER y BAWDEN (1995).

Figura 5: El vector que forma el lapicero marca la direccin de buzamiento (DIPDIR) y el buzamiento (DIP)

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6.2.3 ESPACIADO

Es el parmetro 3 de la determinacin del RMR (RMR3)

El espaciado de las discontinuidades es un factor que influye en el tamao de los bloques de roca (cada de cuas), as como en la permeabilidad del macizo rocoso (permeabilidad secundaria o por fracturacin) que condiciona la circulacin de agua. El espaciado es la separacin en perpendicular de dos juntas de una misma familia. Cuanto ms separadas estn las juntas ms estable y resistente ser el macizo rocoso. Este parmetro es de crucial importancia para los clculos realistas de cuas y para estudiar el efecto de escala en el criterio de rotura de Hoek Brown; no en vano este criterio es aplicable o bien a macizos rocoso sin fracturas o bien intensamente fracturados de tal forma que se trata de un medio continuo homogneo y sin direcciones preferentes de anisotropa.

Figura 6: ntese el espaciado de las juntas (en este caso asociadas a una falla de tipo normal). Muralla de la Valetta (Malta, 2011)

6.2.4 CONDICIN DE LAS DISCONTINUIDADES Es el parmetro 4 de la clasificacin de Bieniawski. Seguimos la nomenclatura de la descripcin del RMR y subvididimos la condicin o estado de las discontinuidades en 5 subcategoras

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Longitud o persistencia o continuidad

Apertura

Rugosidad

Relleno

Meteorizacin (en ingles weathering)

6.2.4.1 Persistencia

El concepto de persistencia se refiere a la extensin o tamao de una discontinuidad. Este parmetro se puede estimar (en ausencia de excavacin) observando las longitudes de las superficies estudiadas en los afloramientos.

Figura 7: ntese la continuidad o persistencia de la junta, que abarca ms de 5 metros, todo el afloramiento visible

Es habitual distinguir la continuidad de un estrato o diaclasa segn la direccin de rumbo o buzamiento. Se trata de indicar desde donde empieza y hasta donde llega la junta en varias direcciones.

Tiene gran importancia en el estudio de la estabilidad de taludes puesto que marca la extensin de los posibles deslizamientos planos y el tamao de las cuas que puedan formarse.

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6.2.4.2 Apertura

Es la separacin entre los labios de las discontinuidades. Cuanta ms separacin ms inestable es el conjunto, siendo adems zonas de preferencia para la circulacin de agua y la presencia de materiales arcillosos que restan resistencia al macizo

Figura 8: apertura de las juntas (Fuente: SNMPE, 2004)

6.2.4.3 Rugosidad

Es la aspereza o irregularidad de la superficie de la discontinuidad. Cuanto mas rugosa sea mayor ser la resistencia de los labios de la discontinuidad. Intuitivamente tiene implicacin en la cohesin y ngulo de friccin de la junta, es decir en la denominada resistencia al corte. La importancia de la rugosidad disminuye al aumentar la apertura, el espesor del relleno o cualquier desplazamiento sufrido con anterioridad.

Empleamos los perfiles normalizados que indican ondulacin en una parte y JRC (rugosidad) en la otra. Bajo estas lneas presentamos uno

30

Figura 9: Perfiles normalizados para la obtencin del JRC. Ntese que la escala es de 10 cm.

Figura 10: ntese la escasa rugosidad (junta plana) de la discontinuidad de la imagen. Hay que considerar el efecto de escala en las observaciones, pues ala vista esta junta tendra un JRC de 2 para una escala de 2-3 m,

pero en una microescala de 10 cm probablemente estara ms en el rango de 6.

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Es importante considerar los efectos de escala, dada las correcciones que deben de realizarse despus. Por tanto en los croquis de campo ser crucial representar una escala grafica

6.2.4.4 Relleno

Se debe de indicar si no hay, si este es duro (filn) o de arcilla, etc. Con el espesor que deber ms o menos coincidir con la apertura de la junta; a excepcin de que slo tengamos parte de la junta rellena (algo no muy frecuente).

Figura 11: discontinuidad correspondiente a la estratificacin, en calizas, con rellenos de arcilla de descalcificacin. Estudio geotcnico en refugios excavador en la roca en las murallas de La Valetta, Malta

(2011)

6.2.4.5 Meteorizacin

La meteorizacin de las rocas se refiere a la modificacin en la composicin o estructura de una roca situada en la superficie terrestre o en sus proximidades, debido a la accin de los agentes atmosfricos (Ramrez, 1991).

La descripcin del estado de meteorizacin del material rocoso es de particular importancia al considerar las rocas desde el punto de vista resistente, ya que la meteorizacin tiene efectos profundos en las propiedades fsicas y mecnicas del material rocoso.

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La ISRM en su publicacin de 1978 Suggsted Methods for the Quantitative Description of Discontinuities in Rock Masses establece unas tabla con los criterios para clasificar tanto la masa rocosa como de los labios o paredes de las discontinuidades.

En primer lugar indica que debe de describirse el grado de meteorizacin (o alteracin) de la masa rocosa como un todo (tabla 17).

Estos trminos son generales y pueden modificarse para ajustarse a situaciones y materiales especficos (tabla 19).

Termino Descripcin grado Fresco No se aprecian signos visibles de alteracin; como mucho ligeras

decoloracin en las discontinuidades mas relevantes I

Ligeramente meteorizado

La decoloracin indica meteorizacin del material rocoso y de las superficies de las discontinuidades. Todo el material rocoso puede estar descolorido por efecto de la meteorizacin y puede haber ciertas zonas ms dbiles externamente que en condiciones frescas (sanas)

II

Moderadamente meteorizado

Menos de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado en suelo. Hay presente zonas de roca sana o descolorida a modo de entramado discontinuo o como fragmentos aislados.

III

Muy meteorizado Ms de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado en suelo. Hay presente zonas de roca sana o descolorida a modo de entramado discontinuo o como fragmentos aislados.

IV

Completamente meteorizado

Todo el material rocoso esta descompuesto o desintegrado y ha dado paso a un suelo. La estructura original del macizo rocoso esta sensiblemente intacta

V

Suelo residual Toda la roca se ha convertido en suelo. La estructura del macizo rocoso y la fbrica han desaparecido. Hay un gran aumento de volumen, pero el suelo no ha sido transportado de forma significativa

VI

Tabla 17: descripcin de la meteorizacin de la masa rocosa (traducido de la ISRM, 1978).

Por su parte el grado de meteorizacin del material rocoso de las paredes de las discontinuidades (ISRM, 1978) debe de describir segn la tabla 18, inferior

Trmino descripcin Fresco No hay signos visibles de meteorizacin del macizo rocoso.

descolorido El color es distinto del que tena el material original sano. Hay que indicar el grado de cambio de color original. Tambin hay que mencionar el caso en el que el cambio de color slo afecta a determinados minerales.

descompuesto La roca est meteorizada hasta alcanzar el grado de un suelo en el que la fbrica del mineral todava permanece intacta, pero algunos o todos los granos minerales estn descompuestos

desintegrado La roca est meteorizada hasta alcanzar el grado de suelo en el que la fbrica del mineral original todava permanece intacta. La roca es friable, pero los granos del mineral no estn descompuestos

Tabla 18: grado de meteorizacin de los labios de las discontinuidades (Fuente: Ramrez, 1991, modificado a partir de la ISRM, 1978)

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Figura 12: Meteorizacin por efecto de agentes elicos y a su vez meteorizacin qumica por efecto de la contaminacin (Grado II o a lo sumo III de la ISRM) La pared lleva 400 aos sometida a la intemperie.

Muralla de La Valetta, 2011

Figura 13: El mismo macizo rocoso de la figura anterior pero con grado de alteracin I, completamente sano a partir de una profundidad de 30 cm. Puesto de manifiesto por refugios de la segunda guerra mundial (70

aos)

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Grado de meteorizacin

denominacin Criterios de reconocimiento

I Sana Roca no meteorizada. Las micas y los feldespatos estn lustrosos.

II Sana con juntas teidas de xidos

Las caras de las juntas estn manchadas o cubiertas con hematites y limonita, pero el bloque de roca entre juntas no est meteorizado.

III Moderadamente meteorizada Claramente meteorizada a travs de la petrofbrica que se observa por manchas de xidos de hierro y ligera descomposicin de los feldespatos, pero la resistencia es muy similar a la roca sana.

IV Muy meteorizada Meteorizacin acusada de conjunto, pero con resistencia tal, que piezas de aproximadamente 25cm2 de seccin transversal no pueden romperse a mano.

V Completamente meteorizada Roca intensamente meteorizada con aspecto de suelo que puede romperse y desmenuzarse a mano, pero se puede reconocer todava la fbrica original

Tabla 19: Escala de meteorizacin del granito (segn D.G. Moye)

En el caso de las rocas calcreas no hay estadios intermedios, sino que o bien encontramos tipo I o II de rocas inalteradas o bien desintegracin total del material y paso a un suelo (terra rossa) de tipo V o VI de la ISRM

6.2.5 CLCULO DEL RQD 6.2.5.1 Definicin

Es un parmetro que se establece a partir de testigos, se define como el porcentaje de fragmentos recuperados mayores de 10 cm sobre la longitud total del taladro. Sin embargo hay metodologas para estimarlo en afloramientos.

RQD % Calidad

< 25 Muy Mala

25 50 Mala

50 75 Media

75 90 Buena

90 - 100 Muy Buena

Tabla 20: Calidad de la roca en funcin de RQD (que es un porcentaje)

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Figura 14: estimacin del RQD a partir de testigos de sondeo (fuente: SNMPE)

Hay dos metodologas a seguir para el clculo de RQD, una la de Priest y Hudson, que emplea las es el de las fracturas por metro lineal. Y la segunda, la de Palstrom, que emplea el ndice volumtrico Jv.

6.2.5.2 Priest y Hudson

Tomamos una lnea con cinta mtrica en el entorno de la estacin geomecnica o entre varias de ellas alineadas (tomaremos en general tantas como zonas diferenciadas estimemos, aunque habitualmente ser suficiente con un par de ellas si el macizo es muy semejante en toda la longitud investigada).

Medimos todas las juntas que interceptan nuestra lnea groso modo y la dividimos por la longitud de la lnea, siendo este el parmetro . Para la determinacin del RQD del macizo podemos emplear dos formulaciones las cuales requieren unos parmetros de campo diferentes. Nosotros de momento nos limitaremos a aplicar la formulacin de Priest y Hudson que requiere de . (juntas por metro lineal)

RQD = 100 e 0,1 (0,1 + 1)

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6.2.5.3 Palstrom

Tambin podemos calcular el RQD con la formulacin de Palstrom, a partir del ndice volumtrico de juntas:

Jv = 1/Si Donde Si es el espaciado medio de cada familia de juntas RQD = 115 3,3Jv

RQD = 100 si Jv< 4,5

Podemos realizar un ensayo tilt test para obtener el ngulo de rozamiento bsico de la junta, que si no se obtiene habitualmente de la bibliografa. Puede realizarse a partir de testigos o de fragmentos rocosos con juntas.

6.2.6 RESISTENCIA A COMPRESIN UNIAXIAL DE LA MATRIZ ROCOSA

En el caso del RMR, la resistencia a compresin simple de la roca (RCS), representa uno de los 6 sumandos del RMR bsico, y hasta 15 puntos de los 100 de la clasificacin (un 15% del valor del ndice), de ah la importancia de una correcta valoracin, si bien diferencias de incluso un 20% en su determinacin pueden no significar ni tan siquiera un punto en su ponderacin. Por ello formas de determinacin en campo semicuantitativas como la del martillo de gelogo o cuantitativas como el esclermetro pueden ser ms que suficientes.

En el caso del ndice Q la RCS figura dentro de la ponderacin del parmetro SRF como c, para la comprobacin del campo tensional ( /c c/1)

La resistencia a compresin de la matriz rocosa (denominada con los acrnimos RCS o UCS) y la resistencia de los labios de discontinuidad (JCS) se pueden estimar, de forma aproximada, a partir de ndice al martillo de gelogo, o del esclermetro. A veces resulta difcil distinguir la matriz, limitndonos a tomar las medidas en los labios de discontinuidades.

En este trabajo se emplea un martillo de Schmidt o Esclermetro Tipo N. El golpeo con el esclermetro proporciona un valor denominado ndice escleromtrico o rebotes, R(N), que se correlaciona con la resistencia a compresin del hormign o materiales ptreos, mediante una relacin lineal. (Ver grfico bajo estas lneas).

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Figura 15: Grfico para obtener la resistencia uniaxial a partir de rebotes del esclermetro.

Figura 16: Medidas escleromtricas sobre juntas en el emboquille de una mina.

Figura 17: Detalle del esclermetro o martillo Schmidt.

Se toman unos mnimos de cinco medidas no superpuestas por estacin. De todos modos el propio martillo Schmidt dispone de una tabla de conversin. Debe de tenerse en cuenta que la escala de presin no aparece siempre en las mismas unidades. No todas las veces puede estimarse la resistencia de la roca a partir del martillo (caso de rocas blandas) o no disponemos de este.

Se puede estimar la resistencia de la matriz rocosa y labios de discontinuidades a partir de golpeos (cualitativos) del martillo de gelogo.

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Grado descripcin Identificacin de campo Valor aproximado de la resistencia a compresin simple MPa

R1 Roca muy dbil Deleznable bajo golpes fuertes con la parte puntiaguda del martillo geolgico; puede desconcharse con una navaja

1,0 5,0

R2 Roca dbil Puede desconcharse con dificultad con una navaja; se pueden hacer marcas poco profundas golpeando fuertemente la roca con la punta del martillo

5,0 - 25

R3 Roca media No se puede rayar o desconchar con una navaja; las muestras se pueden romper con un golpe firme con el martillo

25 - 50

R4 Roca dura Se necesita ms de un golpe con el martillo geolgico para romper la muestra

50 - 100

R5 Roca muy dura Se necesitan muchos golpes con el martillo geolgico para romper la muestra

100 - 250

R6 Roca extremadamente dura

Slo se pueden romper esquirlas de la muestra con el martillo geolgico

> 250

Tabla 20: Dureza de las rocas frente al martillo de gelogo.

6.2.7 CIRCULACIN DE AGUA

La circulacin de agua en los macizos rocosos se realiza principalmente por las discontinuidades: fallas, diaclasas, juntas, en lo que se denomina permeabilidad secundaria. No se tiene en cuenta en nuestro caso las rocas sedimentarias, donde la circulacin de agua se produce por los poros de la roca (permeabilidad primaria). Slo en zonas concretas de los yacimientos estudiados se produce circulacin de agua primaria de relativa importancia en los jabres de descomposicin grantica y gneises que descansan sobre macizos rocosos relativamente impermeables que hacen la funcin de sello inferior del acufero.

El agua circula en esta interfase y pasa a filtrarse al subsuelo en zonas de fractura muy determinada. Es el caso de la circulacin de agua a lo largo de zonas concretas del arroyo de la mina de Bustarviejo o el acufero de la mina Fernandito de Garganta de los Montes. Esta circulacin de fluidos a mayor escala en grandes fracturas da lugar a la mayora de los manantiales ferruginosos y arsenicales de la Sierra, tales como las fuentes de Oteruelo del Valle y Miraflores posiblemente ligadas a grandes fracturas como aquellas responsables de las mineralizaciones de Anbal (Oteruelo), galeras inferiores de La Carcamala y arroyos de la Genciana y Mina El Cubero de Miraflores de la Sierra.

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La conductividad hidrulica puede ser muy anisotrpica cuando las fallas contengan brechas altamente permeables, adyacentes a zonas arcillosas muy impermeables. Por ello es prematuro describir una zona de falla como seca mientras el tnel o galera de exploracin de desage no hayan atravesado totalmente la discontinuidad. La hidrologa se interpreta partir de las predicciones geolgicas de las situaciones de los acuferos de las direcciones probables de circulacin de agua y de los niveles hidrostticos. La fotografa area (y adems georeferenciada) permite obtener una visin del tipo de drenaje en conjunto y deducir los niveles hidrostticos probables.

Grado de filtracin

Descripcin

I La posible discontinuidad est muy cerrada y seca. El flujo de agua a travs de la misma no parece posible.

II La discontinuidad est seca, sin evidencia de agua.

III La discontinuidad est seca, pero muestra evidencia de flujo de agua, por ejemplo, moho, descolorido, etc.

IV La discontinuidad est hmeda, pero no se observa circulacin de agua.

V La discontinuidad muestra filtraciones de agua, gotas de agua ocasionales, pero no flujo continuo.

VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Hay que estimar el caudal en l/min y describir la presin, por ejemplo: baja, media o alta).

Tabla 21: Grado de filtracin de una discontinuidad sin relleno.

Grado de filtracin

Descripcin

I Los materiales de relleno estn fuertemente consolidados y secos, parece muy improbable la aparicin de un flujo debido a la permeabilidad muy baja.

II Los materiales de relleno estn hmedos, pero no hay agua en circulacin.

III Los materiales de relleno estn hmedos, con gotas ocasionales de agua.

IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, con flujo de agua continuo. (Se estima el caudal en l/min).

V Los materiales de relleno estn lavados localmente, con un considerable flujo de agua a lo largo de los canales de erosin (estimacin del caudal en l/min y de la presin, baja, media, alta)

VI Los materiales de relleno estn completamente erosionados por el agua; se experimentan presiones de agua muy elevadas, especialmente sobre el primer afloramiento. (Estimacin del caudal en l/min y descripcin de la presin)

Tabla 22: Grado de filtracin de una discontinuidad con relleno.

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7. DISEO EMPIRICO DE SOSTENIMIENTOS

7.1 GENERALIDADES La estabilidad de las obras subterrneas en general y de los tneles en particular requiere, en la mayora de los casos, reforzar la roca o el terreno circundante de modo que quede garantizada su estabilidad a corto y largo plazo, as como su adecuada funcionalidad durante su vida til. Esto se consigue mediante la aplicacin en primer lugar de un sostenimiento que posteriormente es suplementado por un revestimiento en su intrads, que asegura un mejor comportamiento a largo plazo del tnel.

Para el diseo de los sostenimientos y revestimientos utilizados se tendrn en cuenta los siguientes aspectos constructivos:

La zona de roca que circunda al tnel interviene en la estabilidad de la excavacin y es el principal elemento del que depende sta. Es decir, es la propia roca la que se auto sostiene, ya que forma un arco de descarga en torno al tnel que transmite las tensiones a ambos lados de ste.

Como consecuencia de lo sealado en el punto anterior, conviene mantener inalteradas, en la medida de lo posible, las caractersticas de la roca que rodea al tnel. Para ello es beneficioso emplear cualquier tcnica de excavacin mecnica o, en su defecto, tcnicas que suavicen el efecto de las voladuras sobre la roca: recorte, precorte, etc.

Para facilitar la distribucin de tensiones en el anillo de roca que rodea al tnel, se deben disear los tneles con formas redondeadas, evitando los puntos angulosos.

El sostenimiento se colocar de forma que deje deformarse el terreno, siempre dentro de la estabilidad del tnel, con el objeto de que la roca desarrolle su capacidad auto portante. La misin fundamental del sostenimiento es evitar que el terreno pierda propiedades, siendo su misin secundaria aportar su capacidad resistente, que es pequea en comparacin con las grandes presiones que pueden existir en el terreno debido al enorme peso del terreno del recubrimiento.

En esta etapa de Proyecto se disean varios tipos de sostenimiento a aplicar segn sea la calidad geotcnica de la roca. Durante la obra, los sostenimientos se optimizarn con la informacin suministrada por la auscultacin y el control geotcnico del tnel.

41

7.2 CRITERIO DE DISEO Para realizar el diseo del sostenimiento de un tnel, generalmente se sigue una metodologa progresiva, que aplica sucesivamente criterios y procedimientos, en el siguiente orden:

Clasificaciones geomecnicas: basadas en distintos mtodos empricos generados a partir de la experiencia obtenida en la excavacin de otros tneles, que dan un pre diseo muy ajustado del sostenimiento a instalar.

Mtodos numricos: una vez predefinidos los sostenimientos con los criterios basados en clasificaciones geomecnicas, se aplican a ellos mtodos basados en el anlisis de simulaciones numricas utilizando cdigos de elementos finitos o diferencias finitas. Son muy especializados, dando una valoracin exacta del estado tensional del sostenimiento. Estas simulaciones numricas trabajan generalmente en medio continuo.

Clculos de bloques: basados en la teora de bloques, que determinan dnde pueden existir bloques peligrosos en un macizo rocoso interceptado por diferentes discontinuidades. Los bloques se forman por la interseccin de juntas y fracturas en el macizo rocoso. Estos clculos son complementarios a los mtodos numricos, ya que estos ltimos suelen trabajar en medio continuo.

7.3 TIPO DE SOSTENIMIENTO SEGN NDICE RMR. BENIAWSKI La clasificacin de BIENIAWSKI indica explcitamente el tipo de sostenimiento y modo de excavacin a emplear segn la categora RMR, El cuadro se presenta bajo estas lneas. Este cuadro es para tneles de seccin en herradura y anchura mxima de 10 m. Evidentemente esta sobredimensinado o es excesivamente conservador para secciones menores.

42

Clase

RMR

Excavacin Sostenimiento

Bulones Gunita Cerchas

I

100 - 81

Seccin completa

Avances de 3 m.

Innecesario, salvo

algn buln ocasional.

No No

II

80 61

Seccin completa

Avances de 1 1,5 m.

Bulonado local en clave, con longitudes

de 2 3 m y

separacin de 2 2,5 m. eventualmente con

mallazo

5 cm en clave para impermeabilizacin

No

III

60 41

Avance y destroza

Avances de 1,5 a 3 m.

Completar

sostenimiento a 20 m del frente

Bulonado sistemtico

de 3- 4 m con

separaciones de 1,5 a 2m en clave y

hastiales. Mallazo en

clave

5 a 10 cm en clave y 3 cm en hastiales

No

IV

40 21

Avance y destroza

Avances de 1 a 1,5. Sostenimiento

inmediato del frente.

Completar

sostenimiento a menos

de 10 m del frente.

Bulonado sistemtico

de 4-5 m con separaciones de 1 1,5 m en clave y hastiales

con mallazo

10 a 15 cm en clave. Y 10 cm en hastiales. Aplicacin segn

avanza la

excavacin.

Cerchas

ligeras

espaciadas 1,5 m cuando se

requieran.

V

20

Fases mltiples.

Avances de 0,5 a 1 m. Gunitar inmediatamente el

frente despus de cada

avance

Bulonado sistemtico

de 5- 6 m con separaciones de 1- 1,5 m en clave y hastiales

con mallazo. Bulonado

en solera.

15 20 cm en clave, 15 cm en hastiales y 5 cm en el frente. Aplicacin inmediata

despus de cada

avance

Cerchas

pesadas

separadas 0,75 m con blindaje de chapas y

cerradas en

solera.

Tabla 23: Sostenimientos a partir del ndice RMR. Tneles de seccin de herradura, mxima anchura 10 m, mxima tensin vertical 250 Kp/cm2 25 MPa. Tomado de BENIAWSKI (1989).

43

Hoy en da lo ms habitual es combinar las observaciones y agrupar las clasificaciones RMR y Q y las metodologas de trabajo locales (tipos de cercha, bulones, mallazos, etc.).

La carga de roca o presin sobre el sostenimiento se puede estimar mediante la expresin:

P = (100 RMR) * * B

100

Donde es el peso especfico de la roca y B el ancho del tnel. El trmino B * (100-RMR)/100 hace alusin a la altura de roca que carga sobre el tnel). La presin P vendr en las unidades coherentes con el peso especifico (MN/m2 o MPa) y el ancho o vano B (en m.).

Por ltimo creemos de utilidad indicar algunas correlaciones que algunos autores han elaborado entre el RMR y otros parmetros, citadas igualmente por Bieniawski:

CARGA SOBRE EL SOSTENIMIENTO:

p RMR b= 100100

p: carga sobre el sostenimiento

: Peso especfico de la roca

b: anchura del tnel

MODULO DE DEFORMACIN: E RMRm = 2 100

44

EmRMR

=

1010

40

Em: Mdulo de deformacin en GPa

PARMETROS m Y s DE HOEK Y BROWN:

Roca excavada mecnicamente:

m m ei

RMR

=

10028

s e

RMR

=

1009

Roca excavada mediante voladura:

m m ei

RMR

=

10014

s e

RMR

=

1006

m, s: Parmetros del criterio de rotura de Hoek & Brown (4)

mi: Parmetro m de la roca intacta, obtenido en laboratorio

45

CORRELACIN CON LA CLASIFICACIN DE BARTON: Segn diversos autores (1), (2):

RMR Q= +9 0 44. ln (Segn Bieniawski, 1976)

RMR Q= +105 42. ln (Segn Abad et al, 1983)

RMR Q= +135 43. ln (Segn Rutledge, 1978)

TIEMPO DE ESTABILIDAD

En la figura inferior se observa el tiempo mximo de estabilidad de la excavacin sin sostener, en funcin de la calidad de la roca (RMR) y del vano existente (normalmente la anchura del tnel).

Figura 19: Tiempo de estabilidad, segn Bieniawski (1989)

46

7.4 PREDISEO DE SOSTENIMIENTOS A PARTIR DEL INDICE Q

Basndose en un gran nmero de casos histricos de excavaciones subterrneas, Barton, del Instituto Noruego de Geotecnia, propuso el ndice de Calidad de Construccin de Tneles (Q) para la determinacin de las caractersticas de los macizos rocosos y los requerimientos de sostenimiento.

Como ya se ha indicado en apartados precedentes, el valor de Q vara en una escala logartmica desde 0,001 hasta 1000, estando definido como:

wr

n a

JJRQDQJ J SRF

=

RQD = ndice RQD Jn = Parmetro funcin del nmero de juntas Jr = Parmetro funcin de la rugosidad de las juntas Ja = Parmetro funcin del grado de alteracin de las juntas Jw =Parmetro funcin de la presencia de agua en las juntas SRF = Parmetro funcin del nivel tensional que sufre la roca

Para disear el sostenimiento a instalar, Barton utiliza las dimensiones de la excavacin a realizar y el tipo de uso que se va a dar a la obra (ESR) para definir la Dimensin equivalente (De) de la excavacin, que se obtiene como cociente entre el ancho o altura del tnel (B) y el factor ESR:

ESRBDe =

El valor de ESR se obtiene de la tabla mostrada a continuacin en funcin del uso que se vaya a dar a la excavacin.

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Tipo de excavacin ESR

A Labores mineras de carcter temporal 2- 5

B Galeras mineras permanentes, tneles de centrales hidroelctricas (excluyendo las galeras de alta presin), tneles piloto, galeras de avance en grandes excavaciones, cmaras de compensacin hidroelctrica

1,6 2,0

C Cavernas de almacenamiento, plantas de tratamiento de aguas, tneles de carreteras secundarias y de ferrocarril, tneles de acceso.

1,2 1,3

D Centrales elctricas subterrneas, tneles de carreteras primarias y de ferrocarril, refugios subterrneos para defensa civil, emboquilles e intersecciones de tneles.

0,9 1,1

E Centrales nucleares subterrneas, estaciones de ferrocarril, instalaciones pblicas y deportivas, fbricas, tneles para tuberas principales de gas.

0,5 0,8

Tabla 24: Valores del ndice ESR de la clasificacin de BARTON (2000).

Para los tneles de un proyecto, se considerar por ejemplo un valor ESR = 1, correspondiente a Tneles Grandes de Carretera. De este modo, la dimensin equivalente De = B. Como valor de B se toma la anchura de la seccin, ya que es mayor que su altura.

La dimensin mxima del tnel considerado es de, aproximadamente, 14 m, y el dimetro equivalente, De, vendr dado por la siguiente expresin:

mESR

BDe 14114

===

Esta Dimensin Equivalente, junto con el valor de Q, sirve para definir nueve categoras de sostenimiento, basndose en pernos de anclaje repartido, hormign proyectado reforzado con fibra de acero y cerchas de acero.

Las recomendaciones de Barton (1992), se resumen a continuacin en forma de tabla. Es importante sealar, que estas recomendaciones constituyen tan solo una gua sencilla para el proyectista, que informa sobre los rdenes de magnitud a aplicar en las cuantas de sostenimiento. Sobre esta base, el proyectista podr adoptar o no estos valores, de acuerdo a su criterio o experiencia.

Adems BARTON tambin da una orientacin sobre otros parmetros de diseo del

sostenimiento como por ejemplo, la longitud de pase (o mximo vano sin sostener, segn el

caso), que puede mantenerse estable sin sostenimiento

Pase (m) = 2 * ESR * Q0,66

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Para la longitud de los bulones, se puede emplear la siguiente expresin

L = 2 + 0,15 * (B/ESR)

(1) Sin sostenimiento(2) sb Bulonado ocasional(3) B Bulonado sistemtico(4) B (+S) Bulonado sistemtico y hormign proyectado (4-10 cm)(5) Sfr + B Hormign proyectado reforzado con fibras (5-9 cm) y bulonado(6) Sfr + B Hormign proyectado reforzado con fibras (9-12 cm) y bulonado(7) Sfr + B Hormign proyectado reforzado con fibras (12-15 cm) y bulonado(8) Sfr, RRS+B Cerchas reforzadas de hormign proyectado, hormign proyectado (> 15 cm) y bulonado(9) CCA Hormign encofrado

SOSTENIMIENTOS SEGUN BARTON ( 1992 )

wr

n a

JJRQDQ x xJ J SRF

=

Excepcionalmentemala

Extremedamentemala Muy mala Mala M

edia

Buena Extremad.Buena

0,001 0,01 0,1 0,4 1 4 10 40 100 400 10000,004

ABCDEF GC L A S E S D E R O C A

20

11

7

5

3

2,4

1,5

100

50

20

10

5

2

1

0,04

CCA9

RRS+B8

Sfr+B7 6 5 4

Sfr+B Sfr+B B(+S) B3

sb2 1

MuyBuena

Excep.Buena

1,0 m.

1,2 m.1,3 m.

1,5 m.

2,1 m.2,3 m.

1,7 m.

2,5 m.

1,0 m.

1,6 m.

3,0 m.

1,3 m.

2,0 m.

LUZ

OAL

TURA

(m)/

ESR

LONG

ITU

DDE

BULO

NES

(m)P

ARA

ESR=

1

E=100

0 J

E=700

J

E=700

J

Figura 20: baco de Barton para la estimacin del sostenimiento

La eleccin de sostenimientos segn el ndice Q de Barton se basa en el grafico de la figura inferior de 1992. En ella se muestra de una manera intuitiva el sostenimiento que es necesario colocar segn los valores de Q y de la Dimensin Equivalente. Aparecen nueve zonas en el grfico, correspondiendo la nmero 1 a cuando no es necesario sostener, el nmero 2 al sostenimiento ms ligero y as sucesivamente hasta el nmero 9, que es el sostenimiento ms potente. Hay que sealar que esta ltima edicin proporciona sostenimientos algo diferentes de la edicin de 1974.

Existen unas expresiones que ligan el ndice Q con la presin que ejerce la roca sobre el sostenimiento:

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PRESIN SOBRE LA CLAVE: Con tres o ms familias de juntas:

PJr Q

=

23

Con menos de tres familias de juntas:

P JnJr Q

=

23 3

PRESIN SOBRE LOS HASTIALES: Expresiones iguales a las anteriores, pero modificando el valor de Q con los siguientes criterios:

- si Q>10, tomar 5Q

- si 0.1

50

Hoy en da en toda la bibliografa, e incluso los propios autores recomiendan en el diseo

emprico de obras subterrneas el combinar al menos dos de ellas. Siendo adems Q y RMR

las dos mas difundidas.

La clasificacin RMR agrupa 5 categoras de calidad y recomendaciones de sostenimiento,

mientras que la clasificacin Q es un baco. Para poder comparar ambas es preciso que se

agrupe y tramifique tambin el Q segn 5 categoras. Una vez analizadas las dos

clasificaciones y sus recomendaciones el proyectista podr decidir si aplicar una u otra o una

combinacin de ambas aadiendo la experiencia local en la zona.

En el caso del dimensionado de los sostenimientos de los tneles, aplicando las

recomendaciones de baco de Barton, podramos tal y como se describe arriba y para poder

tramificar, se han establecido en primer lugar cinco tipos de terreno, segn intervalos

dependientes de la Q de Barton. El ndice de Barton es mas rico que el RMR ya que utiliza

diferentes vanos de cavidad y aade los efectos tensionales. Para calcular el RMR

equivalente, de estos cinco tipos de terreno, considerados en el Q se utilizar la expresin de

Barton (1995)

50log15 += QRMR

A continuacin se muestra un ejemplo de un proyecto se han considerado los siguientes cinco intervalos de Q, cada uno de los cuales definen una categora del macizo rocoso

Terreno Q RMR

Tipo I > 10 >65

Tipo II 1-10 50-65

Tipo III 0,1-1 35-50

Tipo IV 0,1 0,02 35 25

Tipo V < 0,02 < 25

Tabla 25: comparacin de tramificaciones segn Q y segn RMR para un proyecto dado

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Dentro de cada una de estas categoras, se ha utilizado el menor de los valores de Q de los que constituyen el intervalo de definicin de cada uno de los tipos definidos (I, II, III, IV y V) para introducirlo en el baco de Barton y de esta manera, estimar un sostenimiento que se ajuste a cualquier posible terreno correspondiente a su tipo.

Macizo Q Valor utilizado ndice Q Valor utilizado ndice RMR

Tipo I > 10 10 65

Tipo II 10 1 1 50

Tipo III 1 0,1 0,1 35

Tipo IV 0,1 0.02 0,02 25

Tipo V < 0,02 0,01 20

Tabla 26: valores de Q y de RMR utilizados en cada tramo para definir el sostenimiento del tnel

Para cada tramo, entrando en el baco de Barton, los sostenimientos recomendados se resumen en la siguiente tabla

TIPO Y APLICACIN EXCAVACIN

SOSTENIMIENTO

Bulones Tipo

Swellex Mn-24

L=4m

Hormign proyectado HP-30

Cerchas de acero

Tipo I

Q > 10 Longitud de pase: 4 m

Bulonaje sistemtico en malla 2,2-2,5 m

4-5 cm No

Tipo II

Q: 1-10 Longitud de pase: 3 m

Bulonaje sistemtico en malla de 1,5-1,8 m

9-12 cm No

Tipo III

Q: 0,1-1 Longitud de pase: 2 m

Bulonaje sistemtico en malla de 1,3-1,4 m

15-25 cm No

Tipo IV

Q: 0,02-0,1 Longitud de pase: 1 m

Bulonaje sistemtico en malla de 1,1-1,4 m

15-25 cm Si

Tipo V

Q < 0,02 Longitud de pase: 1 m

Bulonaje sistemtico en malla de 1,0-1,1 m

25-30 cm Si

Tabla 27: Sostenimientos recomendados por Barton para un caso particular de tnel

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Siguiendo las directrices de Barton, pero teniendo en consideracin las 5 categoras de Bieniawski y la experiencia local, as como las disponibilidades de maquinaria y tcnicas, podemos establecer un cuadro definitivo para los sostenimientos del proyecto como el siguiente, que ser el que se dibujara en los planos.

TIPO Y APLICACIN EXCAVACIN

SOSTENIMIENTO

Bulones

Hormign proyectado

Cerchas de acero Otros

Tipo I Excavacin en avance y destroza.

Pases de 4 m

25 Malla 2,0(L)x2,5(T) m L= 4m

HP-30 reforzado con fibra (500J). 5 cm de espesor.

Ninguna Ninguna

Tipo II Excavacin en avance y destroza

Pases de 3 m.

25 Malla de 1,5(L)x2,0(T) m L=4 m

HP-30 reforzado con fibra (500 J) 10 cm de espesor

Ninguna Ninguna

Tipo III

Excavacin en avance y destroza (2 fases) Pases de 2 m

25 Malla de 1,0(L)x1,5(T) m L= 4m

HP-30 reforzado con fibra (500 J) 15 cm de espesor

Ninguna Ninguna

Tipo IV

Excavacin en avance y destroza (2 fases) Pases de 1 m.

25 Malla de 1,0(L)x1,0(T) m L= 4 m

HP-40 reforzado con fibra (700 J) 20 cm de espesor

Cerchas TH-29 a 1 m

1 capa de mallazo

150x150x6

Tipo IV BIS

Excavacin en avance y destroza (2 fases) Pases de 1 m.

25 Malla de 1,0(L)x1,0(T) m L= 4 m

HP-40 reforzado con fibra (700 J) 25 cm de espesor

(dos fases 7 y 18 cm)

Cerchas TH-29 a 1 m

1 capa de mallazo

150x150x6

Tipo V

Excavacin en avance y destroza (2 fases) y contrabveda

Pases de 1,0 m

Autoperforantes 400 kN Malla 1,0(L)x1,0(T) m L=6m

HP-40 reforzado con fibra (700 J). 35 cm de espesor (dos fases 15 y 20 cm)

Cerchas HEB-180 a 1,0 m

2 capas de mallazo

150x150x6

Tabla 28: Sostenimientos finalmente adoptados para un caso particular de tnel

Adems esta tabla es la que se empleara para la comprobacin tensodeformacional.

53

7.5 TRAMIFICACION GEOTCNICA DE TNELES La tramificacin geomecnica de tneles o galeras consiste en dividir la longitud a estudiar en partes, a cada una de ellas se le asigna una de las categoras del RMR, Q o ambos. Estas divisiones se realizan segn lo que se estima pude aparecer en el tnel de acuerdo con los estudios geomecnicos en sondeos, afloramientos, extrapolaciones, etc.

Si estamos haciendo el proyecto de un tnel de gran longitud o galera de acceso a labores entonces deberemos tramificar para poder presupuestar, y tener sostenimientos predefinidos. Para saber el merado o medicin de cada una de las unidades de obra (cerchas, pernos, etc.) multiplicaremos la medicin de material en cada una de las secciones tipo de sostenimiento (de las 5 habituales) por la longitud de cada tramo en el que hemos asignado un sostenimiento tipo.

Figura 21: seccin longitudinal de un tnel proyectado

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Figura 22: guitarra y tramificacin geomecnica (RMR, Q) y valoracin del GSI del tnel por PKs. Esta tramificacin es la empleada para la medicin y presupuesto de cada partida (bulones, cerchas, etc.). Ser la

primera aproximacin en obra sin embargo los sostenimientos que se colocaran sern los dictados por los levantamientos de frente y no estos

8. LEVANTAMIENTOS GEOMECNICOS DE FRENTES Aplicable a tneles mediante NATM, as como galeras mineras de servicio.

En el seguimiento de toda obra subterrnea es necesario realizar un control geotcnico mediante inspeccin directa del terreno. Dicho control se llevar a cabo por personal especializado que actuar a pie de obra.

El control geotcnico de los frentes de excavacin tiene como objetivos: Valorar las condiciones geotcnicas del terreno, recopilando y registrando los datos obtenidos.

Relacionar estos datos con los procedentes de la auscultacin y ensayos realizados.

Comprobar que el tipo de sostenimiento definido en el proyecto es el adecuado en funcin de la calidad geotcnica de la roca observada en el frente de excavacin.

El especialista situado a pie de obra, realizar en cada avance una inspeccin del frente, que le permitir caracterizar el terreno que se excava. Con el fin de facilitar la labor del especialista

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y tener un seguimiento correcto del control geotcnico, la caracterizacin del macizo rocoso se recoger en unas fichas en las que se indicar:

La geologa observada en el contorno de la excavacin y en el frente,

El tipo de roca que se observa,

Su densidad aproximada,

Grado de meteorizacin,

Presencia de agua,

Orientacin, espaciamiento y estado de discontinuidades,

Resistencia a compresin simple y,

RQD.

Sobre la base de estos datos se determinar el ndice geomecnico Q y el RMR, caracterizando de esta forma la calidad geotcnica del macizo rocoso.

Tal y como se indicaba en la introduccin (captulo 2), en el caso de la ejecucin de un tnel o galera debe de tenerse proyectadas una serie de secciones tipo en funcin de la calidad del macizo rocoso. Cada una de estas secciones vendr adecuadamente dibujada y explicado el tipo de sostenimiento (refuerzo), con su cuanta y distribucin y el rango de ndice de calidad para el cual es aplicable.

La zonificacin de un tnel o galera (de mina, hidrulica) simplemente sirve para tener una idea los ms precisa que se pueda de la realidad y disponer de una medicin aproximada de la cantidad de sostenimientos (por metro lineal de tnel) que se prev que se aplicaran de cada tipologa.

Es preciso adems disear adems de las tipologas bsicas definidas a partir de las clasificaciones, de unas especficas para boquillas, pasos de terrenos muy conflictivos, etc.

Es importante sealar que la clave de la adecuada aplicacin de este criterio consiste en que a cada pase (voladura, excavacin, etc.) se realiza un levantamiento (mapeo) del frente que otorga el verdadero valor del ndice de calidad de macizo rocoso. El terreno no es un material tecnolgico como el hormign o el acero, y por tanto muy complejo predecir de antemano su comportamiento.

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El ingeniero supervisor por tanto en base a los datos reales del frente ira escogiendo entre los diferentes tipos de sostenimientos definidos para cada rango de calidad, intentando en lo posible anticiparse a los cambios que vayan producindose.

La tramificacin de proyecto ser meramente indicativa y en el sostenimiento definitivo a colocar prevalecer siempre el que quede definido por los ndices reales del frente y no por lo sealado en proyecto.

Debe existir siempre un tndem de un gelogo especialista en levantamientos geomecnicos de frentes y un ingeniero que elegir el sostenimiento y juzgara su idoneidad. Deber a ser posible levantar cada pase que se d y en su defecto una cantidad menor (por ejemplo dos al da) siempre y cuando sean representativas del trascurrir de la obra y de los cambios litolgicos.

Estos partes quedarn registrados y siempre se entregarn copias al ingeniero responsable (tal vez el propio especialista) en seleccionar los sostenimientos de la direccin de obra y de la contrata.

Finalmente y tras la caracterizacin del macizo, en la misma ficha se adjunta la proposicin del avance a efectuar y del sostenimiento a colocar. Igualmente se registrarn todos los datos procedentes de la auscultacin que, a juicio del especialista, resulten relevantes. Como complemento a todo ello, no es objeto de esta publicacin pero deben de analizarse las deformaciones y movimientos del macizo rocoso: cintas de convergencia, clulas de presin, que verifique los movimientos simulados y tolerados en los clculos numricos.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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BARTON, N. et al (1992) Norwegian Method of Tunnelling. Work Tunnelling. Julio-Agosto.

BIENIAWSKI, Z.T. (1989) Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley & Sons, Inc.

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GONZLEZ DE VALLEJO, et al. (2002) Ingeniera Geolgica. Ed. Pearson Educacin Madrid, 715 pp.

HOEK & BROWN (1980) Underground Excavations in Rock. Institution of Metalurgy.

HOEK, E-. KAISER, P.K., y BAWDEN, W.F. (1995) Support of underground excavations in Hard Rock. Balkema. Rotterdam, 215 pp.

I.S.R.M. (1978) Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses. International Journal of Rock Mechanics. Sci and Geomech. Abstr Vol. 15, 319-368.

MORENO TALLN, E (1981): Las Clasificaciones Geomecnicas de las Rocas, aplicadas a las Obras Subterrneas. Cuadernos EPTISA, n 1. Descatalogado

RAMREZ OYANGUREN, et. al. (1991) Mecnica de Rocas aplicada a la minera metlica subterrnea. IGME, 334 pp.

SNMPE (2004) Manual de geomecnica aplicada a la prevencin de accidentes por cada de rocas en minera subterrnea. Ed. Sociedad Nacional de Minera, Petrleo y Energa, Lima, 215 pp. Version solo disponible en pdf (CD) recurso electronico

10. RECURSOS ON LINE

hoeks Corner en www.rocscience.com

www.nickbarton.com