RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

TÚNELS

TEMA 10

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Perfil geològic i geotècnic del Túnel de Martorell

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S En terrenys d’estructura molt complexa pot ser justificat una galeria de reconeixement (Ex. Túnel del Cadí)

Hipotèsi geològica del Túnel del Cadí, 1981)

2.0001.8001.6001.1.4001.200

2.0001.8001.6001.400 1.200

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S ESTUDIS GEOLÒGICS A LA FASE PRÈVIA PER A TÚNELS

Dos aspectes condicionen l’elecció del traçat: Relleu Geometria (cotes, radis d’accés, ...) “El camí més curt no sempre és millor”

Reconeixements a fer: cartografia regional 1/25 000 litologia estructura acotació de les característiques mecàniques (possible

sosteniment) característiques hidrogeològiques

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

SFASE DE PROJECTE

Reconeixements a fer:

cartografia de detall1/500 en general1/1 000 a 1/500 a les embocadures

obtenció perfil geològic campanya de sondeigs

litologia, assaigs, RQD, hidrogeologia caracterització geomecànica dels materials - tramificació previsió de punts conflictius

falles, aigua, bossades de gas, embocadures ... excavabilitat de la roca

explosius, tuneladores, excavadores ... temps d’estabilitat de la secció, sosteniment a col·locar efectes a l’entorn (subsidència, afeccions aqüífers ...)

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Tipus de comportament de les roques als túnels

1. Condicions estables

La roca amb o sense ajut del sosteniment assoleix un estat d’equilibri. En cas d’existir deformacions són a velocitats decreixents i sense danyar el sosteniment.

2. Caiguda gravitatòria de blocs

Despreniments a la volta o als laterals. Els blocs cauen lliurement o seguint juntes però sense gaire distorsió o trencada del massís.

3. Condicions de fluència

La cavitat convergeix lentament i continua per flux visco-plàstic induït pel nivell de tensions.

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Tipus de comportament de les roques als túnels

4. Inflament

La roca aflorant a l’excavació expandeix per mecanismes físico-químics associats amb la presència d’aigua i determinats minerals (anhidrita, minerals d’argila)

5. Explosió

Trencades brusques per la propagació de fractures a través de la roca.

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Potencialitat de fluència degut a tensions

Factor de competència

c: resistència compressió simple

: densitat recobriment

H: gruix recobriment

Cf > 10 efecte menyspreable de la pressió

de roca

Cf: 4-10 cal tenir present la pressió de roca

Cf: 2-4 fluència lleugera o moderada

Cf < 2 fluència elevada

HC cf

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

If: Índex de fracturació (veure Tema “Excabilitat del terreny”)

Diagrama per a l’avaluació preliminar de les condicions d’estabilitatal túnel (Franklin i Dusseault, 1991. “Rock engineering applications”).

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

SFormacions problemàtiques

sòls roques fracturades roques meteoritzades

Convé evitar el contacte sistemàtic formació superficial/substrat

Terrenys expansius (montmorillonita, anhidrita)

guix (sedimentació)CaSO4.2H2O

diagènesi

anhidritaCaSO4

40-100 m (transformació de l’anhidrita en guix)

retorn a la superfície (per denudació, aixecament

tectònic)

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Zanback & Arthur, 1986. Bull. Assoc. Eng. Geol. 23: 419-433

sistematancat

aigua

guixanhidrita

V0.9 V

sistema obert

anhidrita guix

V 1.16V

aigua

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

SClassificacions geomecàniques

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

SClassificacions geomecàniques

Longitud d’avenç i temps de sosteniment esperat per diverses qualitats de massís rocós (RMR)

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Disposició estructural

Estratificació (gruix, direcció i cabussament)

La caiguda de blocs quan:

tracció es desenvolupa al sostre confinament insuficient per a mobilitzar resistència a la cisalla

Inestabilitats al sostre quan <20º

Anisotropia: costat dèbil (lliscament) i costat resistent

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Tracció al sostre <20º

Perill amb nivells dèbils, cisallats (imprevisibilitat)

Major previsibilitat. Control al front

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Es talla tota la successió d’estats >70º afavoreix caigudes de blocs

Es mantindrà l’estructura: els estrats, zones de debilitat, aqüífers, ...

A baixes profunditats les tensions rocoses són massa petites per a tenir influència en caiguda de blocs.

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Disposició estructural

L’orientació òptima és la que dóna un volum de falques més petit

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Disposició estructural

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Condicions de caiguda lliure d’una falca del sostre

Calen 3 discontinuïtats

Disposició estructural

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Condicions per al lliscament d’una falca del sostre

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Condicions d’estabilitat

Influència de la densitat de fracturació efecte important de la dilatància

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Tensions

Tensions verticals:

Augmenten en profunditat (component gravitacional degut al pes del recobriment)

v = H

Per exemple per roques granítiques amb densitat de 2,6 Tn/m3, l’augment de v (en MPa) per augment de profunditat z (en m) és:

v = 0,026

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Explicacions: tensions “fòssils” degut a la denudació tensions tectòniques anisotropia del massís rocós

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Variacions de les pressions en un túnel que travessa un anticlinal

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Variació de les pressions en un túnel que travessa un sinclinal

Font: Jumikis, 1983. Rock Mechanics (2a ed.)

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Zones de falla

Problemes associats:

reompliments zones trinxades de baixa resistència aigua tensions elevades (falles inverses) famílies de fractures associades canvi litològic

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

falla inversa

De vegades: Falles antigues estan recristal·litzades (elevada resistència,

no permeables) no són problemàtiques

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Tensions horitzontals elevades prop de falles, valls fortament excavades.

zona plana zona muntanyosa

prof

undi

tat

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

1) Extracció de testimonis

2) Velocitat de perforació

3) Augment de la fracturació (índex de fracturació)

4) Gran variabilitat de les propietats resistents , per ex. assaig de càrrega puntual (desviació estàndard)

5) Augment de les filtracions d’aigua

6) Augment velocitat ones P (zona tensionada)

7) Presència de venes de quars

Predicció de zones de falla

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Control geològic del front d’excavació: velocitat de perforació

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Control geològic del front d’excavació: velocitat de perforació

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Molt problemàtica quan: associada a fractures entrada il·limitada (connexió mar, llac, ...)

Aigua al massís

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

Túnels de muntanya: l’aqüífer pot descarregar amb P i Tº altes.

Q disminueix amb el temps (sovint millor drenar que no impermeabilitzar)

Impacte ambiental (esgotament aqüífers, freatòfites, ...)

Aigua termal associada a falles (Tº 45º - 65ºC)

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S

zona de falla

Paigua: h

Aigua al massís

RE

CO

NE

IXE

ME

NT

GE

OL

ÒG

IC D

E T

ÚN

EL

S Embocadures

formacions superficials

(Compte amb les fondalades) antigues esllavissades terreny decomprimit – meteorització

(distribució anisòtropa de tensions) aigua al contacte formació superficial - substrat