apÈndix nÚm. 1. cÀlculs numÈrics de sosteniments …€¦ · 1. introducciÓ ... incloent els...

ANNEX Nº 27. TÚNELS INDEX

PROJECTE CONSTRUCTIU DE MILLORA GENERAL. DESDOBLAMENT DE LA CARRETERA C-66 DE BANYOLES A BESALÚ. P.K. 41+820 AL 56+525. TRAM: CORNELLA DE TERRI-MAIÀ DE MONTCAL

ANNEX NÚM. 27 TÚNELS

ÍNDEX

1. INTRODUCCIÓ ..................................................................................................................................................... 1 1.1. OBJECTE .............................................................................................................................................. 1 1.2. DADES DE PARTIDA ............................................................................................................................ 1 1.3. NORMATIVA APLICADA ....................................................................................................................... 1

2. DESCRIPCIÓ DEL TÚNEL DE SERINYÀ ............................................................................................................... 1 2.1. ENCAIX DEL TÚNEL ............................................................................................................................. 1

2.1.1. Característiques generals ...........................................................................................................................1 2.1.2. Disseny de la secció transversal ................................................................................................................2 2.1.3. Mesures de seguretat .................................................................................................................................2 2.1.4. Encaix de les boques..................................................................................................................................3

2.2. CARACTERÍSTIQUES GEOLÒGIQUES ................................................................................................ 3 2.2.1. General .......................................................................................................................................................3 2.2.2. Litologia.......................................................................................................................................................3 2.2.3. Estructura....................................................................................................................................................4 2.2.4. Hidrogeologia ..............................................................................................................................................4 2.2.5. Classificació del massís rocós ....................................................................................................................5

2.3. CARACTERÍSTIQUES GEOTÈCNIQUES .............................................................................................. 6 2.3.1. Característiques geotècniques de la roca matriu .......................................................................................6

2.3.1.1. Resum dels resultats dels assaigs de laboratori..........................................................................6 2.3.1.2. Unitat EM ....................................................................................................................................7 2.3.1.3. Unitat EA ...................................................................................................................................10 2.3.1.4. Unitat ZF ..................................................................................................................................10 2.3.1.5. Litologia G ................................................................................................................................10 2.3.1.6. Formació QC. ............................................................................................................................10 2.3.1.7. Resum paràmetres resistents de la roca matriu ......................................................................11

2.3.2. Característiques geològiques del massís rocós .......................................................................................11 2.3.2.1. Classificació del massís rocós .................................................................................................11 2.3.2.2. Deformabilitat del massís rocós ...............................................................................................11

2.3.3. Resum de paràmetres geotècnics de càlcul.............................................................................................12 2.4. EXCAVACIÓ ....................................................................................................................................... 12 2.5. SOSTENIMENT ................................................................................................................................... 13

2.5.1. Introducció ................................................................................................................................................13 2.5.2. Característiques generals dels sosteniments ...........................................................................................13 2.5.3. Tipus de sosteniment................................................................................................................................13 2.5.4. Hipòtesi de càlcul ......................................................................................................................................13 2.5.5. Característiques dels materials a emprar en el sosteniment ....................................................................16

2.5.5.1. Característiques del formigó projectat .......................................................................................16 2.5.5.2. Característiques de l’acer en perns d’ancoratge o encavallades reticulars ...............................16

2.5.6. Sosteniment I ............................................................................................................................................16 2.5.7. Sosteniment II ...........................................................................................................................................20 2.5.8. Sosteniment III ..........................................................................................................................................22 2.5.9. Sosteniment IVa .......................................................................................................................................24 2.5.10. Sosteniment IVb .....................................................................................................................................24 2.5.11. Estabilitat front a la caiguda de blocs .....................................................................................................27 2.5.12. Tractaments especials ............................................................................................................................30 2.5.13. Sosteniment galeria de connexió ...........................................................................................................31

2.6. EMBROCAMENTS .............................................................................................................................. 32 2.6.1. Embrocament sud ....................................................................................................................................32 2.6.2. Embrocament nord ...................................................................................................................................33

2.7. REVESTIMENT ................................................................................................................................... 33 2.8. AUSCULTACIÓ ................................................................................................................................... 34 2.9. TÚNELS ARTIFICIALS ........................................................................................................................ 34 2.10. DRENATGE ........................................................................................................................................ 34

3. DESCRIPCIÓ DEL TÚNEL DE FARES................................................................................................................. 35 3.1. ENCAIX DEL TÚNEL ........................................................................................................................... 35

3.1.1. Característiques generals .........................................................................................................................35 3.1.2. Disseny de la secció transversal ..............................................................................................................35 3.1.3. Mesures de seguretat ...............................................................................................................................35

3.2. CARACTERÍSTIQUES GEOLÒGIQUES .............................................................................................. 36 3.2.1. General .....................................................................................................................................................36 3.2.2. Litologia.....................................................................................................................................................36 3.2.3. Estructura..................................................................................................................................................36 3.2.4. Hidrologia ..................................................................................................................................................37 3.2.5. Classificació del massís rocós ..................................................................................................................37

3.3. CARACTERÍSTIQUES GEOTÈCNIQUES ............................................................................................ 38 3.3.1. Paràmetres d’identificació i estat ..............................................................................................................38 3.3.2. Classificació del massís rocós ..................................................................................................................38

3.3.2.1. Resistència de la unitat GRSC ..................................................................................................38 3.3.2.2. Resistència de la unitat CON .....................................................................................................39 3.3.2.3. Resistència de la unitat GRC .....................................................................................................40 3.3.2.4. Resum de resistència a adoptar en els càlculs del túnel ...........................................................41

3.3.3. Deformabilitat del massís rocós................................................................................................................41 3.3.4. Resum de paràmetres geotècnics de càlcul.............................................................................................42

3.4. EXCAVACIÓ ....................................................................................................................................... 42 3.5. SOSTENIMENT ................................................................................................................................... 42

3.5.1. Introducció ................................................................................................................................................42 3.5.2. Característiques generals dels sosteniments ...........................................................................................42 3.5.3. Tipus de sosteniment................................................................................................................................42 3.5.4. Hipòtesi de càlcul ......................................................................................................................................43 3.5.5. Característiques dels materials a emprar en el sosteniment ....................................................................48 3.5.6. Sosteniment I ............................................................................................................................................48 3.5.7. Sosteniment II ...........................................................................................................................................51 3.5.8. Sosteniment tipus III .................................................................................................................................54 3.5.9. Sosteniment IV .........................................................................................................................................57 3.5.10. Tractaments especials ............................................................................................................................57 3.5.11. Sosteniment galeria de connexió ...........................................................................................................58

3.6. EMBROCAMENTS .............................................................................................................................. 59 3.7. REVESTIMENT ................................................................................................................................... 60 3.8. AUSCULTACIÓ ................................................................................................................................... 60 3.9. DRENATGE ........................................................................................................................................ 61

PDF

APÈNDIXS APÈNDIX NÚM. 1. CÀLCULS NUMÈRICS DE SOSTENIMENTS TÚNEL DE SERINYA APÈNDIX NÚM. 2. CÀLCULS NUMÈRICS DE SOSTENIMENTS TÚNEL DE FARES APÈNDIX NÚM. 3. CÀLCUL D’INDEXS GEOMECÀNICS APÈNDIX NÚM. 4. CÀLCUL DE TÚNELS ARTIFICIALS APÈNDIX NÚM. 5. VISERES EN LES BOQUES DEL TUNEL DE FARES

ANNEX Nº 27. TÚNELS INDEX


ANNEX Nº 27. TÚNELS Pág. 27.1


1. INTRODUCCIÓ 1.1. OBJECTE L'objecte del present annex és la descripció i justificació dels túnels existents en el tram. En concret, es detalla la geometria interior de la secció, la descripció geològica i geotècnica dels terrenys en què s'excavaran els túnels, així com les característiques resistents i deformacionals de les formacions afectades. També és defineix la forma i el mètode d'excavació, la longitud d'avanç prevista i els sosteniments i el revestiment adoptats, la ubicació i geometria dels embrocaments de l'excavació en mina i la geometria final, incloent els túnels artificials i els talussos frontals. En el tram es projecten dos túnels, que s'excavaran en mina, denominats de Serinyà i de Fares. Cada túnel està compost per dos tubs amb l'amplària necessària per a contenir dos carrils de circulació. Les principals magnituds geomètriques són les següents:

Túnel P.K. inicial P.K. final Longitud

total del túnel (m)

Cembrocament màxima

(m)

Distància entre eixos de túnels

(m) Nombre de

carrils

Serinyà Tub Esquerre 9+458,15 10+022,02 563,87 46

33 2

Tub Dret 9+455,18 10+052,36 597,18 45 2

Fares Tub Esquerre 11+498,65 12+051,30 552,65 32 39,7

a 41,8

2

Tub dret 11+498,65 12+041,78 543,13 32 2

1.2. DADES DE PARTIDA Per al disseny dels túnels s'ha tingut en compte la informació següent:

• “Estudi d’impacte ambiental. Millora general. Desdoblament de la C-66 de Banyoles a Besalú. Tram: Banyoles-Besalú. Clau IA-DG-03001, de noviembre de 2004.

• “Estudi d’impacte ambiental. Millora general. Desdoblament de la C-66 de Banyoles a Besalú. Tram: Banyoles-Serinyà. Clau IA-DG-03001-A1”, de mayo de 2006”.

• Campanya geotècnica, realitzada per GINPROSA, per a aquest projecte (vegeu abast, registres de sondeigs i assaigs en l’annex núm. 8 “Geología i geotecnia”.

1.3. NORMATIVA APLICADA Per al disseny dels túnels s'ha tingut en compte la següent normativa:

- Instrucció de Carreteres. Norma 3.1-IC Traçat. Ministeri de Foment. - Especificacions tècniques per l’equipament de túnels. Direcció General de Carreteres.

Generalitat de Catalunya.

- UNE 22-381-93. Control de vibracions produïdes per voladures. Amb la primera s'ha dissenyat la geometria de la secció tipus dels túnels. La segona s'ha emprat per a projectar les instal·lacions de seguretat i control de forma homogènia a les existents en la xarxa de carreteres de la Generalitat. Aquestes Especificacions tenen en compte les recomanacions recollides en la Directiva 2004/54/CE del Parlament Europeu i del Consell de 29 d'abril de 2004, sobre els Requisits mínims de seguretat per a túnels de la xarxa transeuropea de carreteres. 2. DESCRIPCIÓ DEL TÚNEL DE SERINYÀ 2.1. ENCAIX DEL TÚNEL 2.1.1. Característiques generals Tot seguit s'indiquen les característiques principals del túnel de Serinyà.

PP.KK.. de situació del túnel

Boca sud

Començament túnel artificial. Tub esquerre 9+458,15

Començament túnel artificial. Tub dret 9+455,18

Embrocament en mina. Tub esquerre 9+531,01

Embrocament en mina. Tub dret 9+527,01

Boca nord



Final del túnel artificial. Tub esquerre 10+022,02

Final del túnel artificial. Tub dret 10+052,36

Les longituds de túnel dels PP.KK. anteriors són les següents:

Longituds (m)

Túnel artificial sud. Tub esquerre 72,86

Túnel artificial sud. Tub dret 71,83

Túnel en mina. Tub esquerre. 410,04

Túnel en mina. Tub dret. 479,04

Túnel artificial nord. Tub esquerre. 80,96

Túnel artificial nord. Tub dret. 46,31

Longitud total de túnel esquerre (sense incloure becs de flauta) 563,87

Longitud total de túnel dret (sense incloure becs de flauta) 597,18

El recobriment màxim de terres sobre el túnel és de 46 i 45 m, per als tubs esquerre i dret respectivament.



2.1.2. Disseny de la secció transversal L'amplària i el gàlib de la secció transversal dels túnels s'han determinat a partir dels criteris inclosos en la “Instrucció de carreteres”. Norma 3.1-IC. Traçat del Ministeri de Foment. El disseny de la secció tipus s'ha efectuat agrupant els túnels segons el nombre de carrils de la plataforma en el tram corresponent. D'aquesta manera, s'ha projectat una única secció de dos carrils per sentit de circulació, tant per al túnel de Serinyà com per al de Fares. Basant-se en els estudis de trànsit realitzats, no es preveu l'ampliació del nombre de carrils per calçada (de dos a tres) en l'any horitzó de projecte. La secció lliure dels túnels s'ha determinat a partir de l'amplària necessària de carrils, voreres d'emergència i voreres. Segons la norma de traçat 3.1-IC l'amplària de la plataforma és la següent:

voral d'1,00 m + 2 carrils de 3,50 m + voral de 2,50 m = 10,50 m

A l'amplària anterior cal sumar la corresponent a les voreres per facilitar les operacions de conservació i evacuació en cas d'accident. La vorera del costat interior s'ha projectat amb una amplària de 0,75 m, d'acord amb allò que s'ha especificat en la instrucció 3.1-IC, mentre que la de l'exterior serà de 0,90 m, a fi que sigui practicable per persones amb mobilitat reduïda (RD 556/1989). D’acord amb tot l'anterior l'amplària total de plataforma requerida passa a ser la següent de 12,15 m. L'alçària lliure sobre la plataforma i sobre les zones accessibles dels vehicles ha de ser superior a 5,00 m, per tant, s'ha adoptat aquesta dimensió com a gàlib mínim de la plataforma transitable (incloent-hi les voreres d'emergència). La secció lliure dels túnels s'ha projectat combinant un arc amb una circumferència de 6,45 m de radi i d’angle 205.2º, amb una recta horitzontal de 12,60 m. La secció lliure d’aquesta geometria és de 80,7 m2. La secció transversal de cada tub és la indicada en la figura.

L'amplària i el gàlib de la secció transversal dels túnels s'han determinat a partir dels criteris inclosos en la “Instrucció de carreteres”. Norma 3.1-IC. Traçat”. Com es pot veure, presenta una alçària de 10,2 m i un ample aproximada, dependent del gruix de sosteniment, de 13,9 m. Les seccions de túnel artificial que s'han projectat als extrems dels túnels en mina mantenen la mateixa secció interna corresponent. 2.1.3. Mesures de seguretat L'aplicació de les Especificacions tècniques per l'equipament de túnels de la Direcció General de Carreteres implica l'adopció d'una sèrie de mesures estructurals que afecten, quant a l'obra civil, als túnels que superen els 500 m de longitud. Aquestes mesures són les següents:

- Es projecten els encreuaments de la mitjana fora de cada boca, de manera que els serveis d'emergència poden accedir a qualsevol dels dos tubs.

- S'han projectat connexions transversals per a l’accés de vianants entre els túnels, de manera que

funcionen com a sortides d'emergència cap a un dels tubs quan en l'altre es produeixi un accident. Perquè la distància entre les sortides sigui menor que els 500 m requerits, l'única connexió transversal s'ha projectat en els punts quilomètrics 9+749,6 i 9+743,3, segons si s'empra el quilometratge del tub esquerre o dret, respectivament. La galeria de connexió té un traçat en planta recte amb una longitud de 19,1 m. La secció transversal útil d'aquesta galeria s'ha projectat mitjançant un arc de mig punt de 2,6 m de radi sobre murs



verticals de 2,5 m d'altura, per la qual cosa l’alçària fins a la clau és de 5,1 m. S'han projectat sengles recintes estancs en els nínxols d'accés de cada tub. A més d'aquestes mesures de seguretat estructurals, tots els túnels requereixen altres instal·lacions de seguretat que no incideixen directament a l'obra civil del túnel. El disseny d'aquestes instal·lacions és l'objecte de l'Annex núm. 28 d'aquest projecte, dedicat a les Instal·lacions de túnels. 2.1.4. Encaix de les boques La situació de les embrocaments en mina del túnel de Serinyà ha estat determinada per les condicions topogràfiques i geotècniques dels vessants que es travessen. En el cas de la boca sud s'ha interpretat l'existència d'una doble banda de falla; una pràcticament perpendicular a la traça i l'altra obliqua i que s'encreuen entorn del P.K. 9+510 de l'eix de la calçada esquerra. En la investigació realitzada en aquesta zona s'han reconegut materials amb característiques geotècniques desfavorables des del punt de vista de l'inici del túnel en mina. Això ha obligat a situar el pla d'embrocament, que és comú per a ambdós tubs, en l'entorn del P.K. 9+525 de l'eix de la traça, on s'ha considerat que apareix el substrat rocós sa. Les alçàries d'excavació màximes són de l'ordre de 27 m, la qual cosa suposa un recobriment sobre la clau d'una vegada i mitja el diàmetre del túnel (1,5xD). A la boca nord, el tub esquerre se situa en paral·lel i molt prop de l'eix d'un tàlveg i igual que a la boca sud s'han reconegut sòls i roques toves associats a zones de fractura. A fi de realitzar l'embrocament lluny d'aquestes zones i amb almenys un recobriment d'un diàmetre de roca sana sobre la clau dels túnels, les boques en mina dels dos tubs s'han projectat amb un desfasament entre elles d'uns 74 m en la direcció de l'eix. Amb els túnels artificials aquesta diferència es redueix a la meitat (uns 37 m). Les alçàries d’excavació màximes son de l’ordre de 25 m per el tub esquerre i de 21 m per el dret. 2.2. CARACTERÍSTIQUES GEOLÒGIQUES 2.2.1. General Es preveu que el túnel s'excavi fonamentalment en la unitat EM, consistent en una roca tova massiva de naturalesa margocalcària, edat terciària (Eocè), i color, generalment, gris blavós. Excepcionalment, es travessaran nivells decimètrics a mètrics de gresos grises de gra fi (G). Als talussos laterals de les embrocaments, a més, està previst que es localitzen les unitats següents:

• EA (sòl cohesiu molt ferm format per argiles, i argiles margoses, d'edat terciària (Eocè), i color

marró clar i gris) • ZF (zones de fractura formades per una massa tectonitzada d'argiles i bretxes d’argila sorrenca,

resultant un sòl cohesiu dur) • Qc (sòl quaternari cohesiu, molt ferm a dur, d'origen col·luvial, i format per argiles de color

marró, amb sorres i graves)

En el part inicial del túnel, entre els PP.KK. 9+458 i 9+531 per al tub esquerre, i els PP.KK. 9+455 i 9+527 per al tub dret, que correspon al túnel artificial de la boca sud, s'ha interpretat l'existència de 2 zones de fractura ZF, possiblement relacionades amb falles, així com la presència de les unitats EA i Qc. Després, al llarg de tot el túnel en

mina, també en els dos tubs, només es preveu que aparegui la unitat EM, i algun nivell mètric de gres (G) entorn dels PP.KK. 9+690 i 9+780, per al tub esquerre, i els PP.KK. 9+680 i 9+790 per al tub dret. Finalment, al túnel artificial de la boca nord (entre els PP.KK. 9+941 i 10+022 i els PP.KK. 10+006 i 10+052 per als tubs esquerre i dret respectivament), es distingeixen dos casos:

• Al tub esquerre es trobarà la unitat EM i en menor grau la EA. • Al tub dret es trobarà la formació QC i en menor grau l'EA i la EM, així com una zona de fractura ZF.

El nivell freàtic s'ha interpretat que varia al llarg del túnel de la manera següent:

• En l'embrocament sud, entre els 3 i els 10 m sobre la solera. • Al llarg del túnel en mina, entre 10 i 17 m sobre la solera, arribant a la zona central un màxim de 7 m sobre la

clau. • En l'embrocament nord, des de coincidir amb el nivell de la solera fins a situar-se 8 m per sota.

2.2.2. Litologia Com ja s'ha esmentant anteriorment, la unitat afectada per l'excavació del túnel és la EM amb intercalacions ocasionals de gres (G). A continuació es descriuen les seves característiques generals:

• La unitat EM està constituïda per margocalcàries massives de color gris blavós, i ocasionalment marró verdós. • Els nivells de G estan formats per gresos de color gris, de gra fi.

A més d'aquesta unitat, en l'entorn de les embrocaments del túnel apareixen les unitats i formacions EA, ZF i QC, que no afecten l'excavació del túnel en mina. A continuació es descriuen les seves característiques generals:

• La unitat EA engloba dues litologies: o argiles de color marró clar i gris, amb indicis de sorra. o argiles margoses de color gris blavós.

• La unitat ZF està constituïda per argiles de color marró clar amb sorres i graves. Ocasionalment, posseeixen llisos, a vegades rebliments de calcita.

• La formació QC està formada per argiles marrons amb bastant sorra i grava. A partir de la investigació geotècnica disponible s'ha elaborat un perfil longitudinal geologicogeotècnic del túnel. Aquest perfil, que s'ha inclòs en el document núm. 2 “Plànols”, constitueix una interpretació raonable de les característiques del terreny basant-se en les prospeccions efectuades. D'acord amb aquest es poden extreure les conclusions següents:

• El 100% de la longitud del túnel s'excavarà en materials de la unitat EM, corresponent un 12% als nivells de gres (G), i la resta, a margocalcàries.

• L'embrocament sud s'executarà principalment, entorn d'un 74% del total, en la unitat EA (50% en argiles de



color marró clar i gris, amb indicis de sorra, i 50% en argiles margoses de color gris blavós). Així mateix, està previst que es localitzin dues zones de fractura ZF en aquesta embrocament. La resta del terreny estaria format per la formació QC i la unitat EM.

• En el cas de l'embrocament nord, es distingeixen dues zones: o La zona occidental, on es preveu que apareguin fonamentalment les unitats EM i EA, en

unes proporcions pròximes al 95% i 5% respectivament. o La zona oriental, on es preveu que el terreny estigui constituït principalment per la

formació QC, en una proporció pròxima al 73%. A més d'aquesta, es preveu trobar una zona de fractura ZF. La resta del terreny estaria compost per les unitats EM i EA.

2.2.3. Estructura L'estructura principal del massís està marcada per un sinclinal amb un eix d'orientació oest sud-oest - est nord-est, és a dir, perpendicular a la traça. S'ha interpretat que l'eix d'aquest sinclinal se situa entorn del P.K. 9+685. A més, a la boca sud s'ha interpretat l'existència de dues falles, amb direcció nord-est-sud-oest, i nord-oest-sud-est. A la boca nord s'ha interpretat l'existència d'una falla de direcció nord-oest - sud-est. Basant-se en dades geomecàniques preses en afloraments rocosos de la zona del túnel, s'ha analitzat la fracturació del massís rocós. En total s'han pogut mesurar 103 discontinuïtats distribuïdes en 12 estacions geomecàniques. Les discontinuïtats corresponen a 23 mesures de l'estratificació i 80 a les juntes. De cada discontinuïtat, a més del tipus de pla (estratificació o junta) se n’ha pres l’orientació (azimut i cabussament), espaiat en metres, continuïtat en metres i s’hi ha observat l'existència de rebliment en les discontinuïtats i els signes de presència d'aigua. De cada estació geomecànica se n’ha determinat la litologia i se n’ha estimat la meteorització i resistència, a més, dels paràmetres geomecànics (JV, JN, Jr, Ja, JW i SRF). Totes aquestes dades apareixen tabulats a l'Apèndix 1 (Investigació de camp) de l'Annex Núm. 8 ‘Geotècnia i geologia'. La situació de les estacions geomecàniques s'ha reflectit a les plantes geologicogeotècniques a escala 1:2.000 que es presenta en aquest mateix annex. En el quadre següent es presenten les característiques mitjanes de la fracturació a la zona del túnel.

Tipus de pla

Orientació mitjana ESPAIAT

(m) Continuïtat

(m) Rugositat

(JRC) Cabussament (º)

Azimut de Cabussament

(º) E1* 10 308 0,2 > 20 14

E2** 33 168 0,2 > 20 12

J1 83 110 0,2-0,6 1-3 12

J2 82 350 0,6-2 1-3 12

J3 81 264 0,6-2 3-10 12

J4 43 284 0,6-2 3-10 12

* Estratificació al flanc sud del sinclinal ** Estratificació al flanc nord del sinclinal

A la zona del túnel corresponent al flanc sud del sinclinal s'ha determinat l'existència de les següents famílies de discontinuïtats:

• Estratificació E1 • Juntes :J1, J2 i J3

A la zona del túnel corresponent al flanc nord del sinclinal s'ha determinat l'existència de les següents famílies de discontinuïtats:

• Estratificació E2 • Juntes J1, J2, J3 i J4

En resum, els plans d'estratificació són rugosos, presenten bastant continuïtat i un espaiat de decimètric a mètric. A més, hi ha dues famílies de juntes quasi ortogonals entre si, la J2 i la J3, ambdues amb un cabussament més o menys subvertical. La seva continuïtat està entorn dels 2 m en el cas de la família J2, i varia des dels 3 fins als 10 m en el cas de la J3. El seu espaiat és a l’entorn d'un metre. La família de juntes J4, només s'ha detectat a la zona del túnel situada al flanc nord del sinclinal, amb un cabussament d'uns 43º. Els afloraments rocosos a la zona corresponent al flanc sud del sinclinal han sigut més escassos i de pitjor qualitat que els del flanc nord. Per aquesta raó, el nombre de discontinuïtats mesurades a les estacions geomecàniques del flanc sud ha sigut menor que al flanc nord, i les dades estructurals del flanc sud del sinclinal són de “pitjor qualitat” i presenten un grau més alt d'incertesa. A més de l'estratificació i les juntes al túnel, s'ha interpretat l'existència de diverses falles que apareixen essencialment a la zona inicial i final. Aquestes es poden agrupar en tres famílies. La primera, de direcció nord-oest - sud-est i cabussament de més de 70o cap al nord-est. La segona de direcció perpendicular a l'anterior, és a dir, nord-est - sud-oest, i cabussament també superior a 70º cap al nord-oest. S'ha interpretat que el túnel tallarà en la boca sud dues falles, paral·leles a aquestes dues primeres famílies. De la tercera família de falles, de direcció est-oest, i cabussament pròxim a 70º cap al sud, s'ha interpretat que el túnel tallarà una falla pròxima a la boca nord. 2.2.4. Hidrogeologia En la campanya geotècnica realitzada per a la redacció del projecte de construcció es van realitzar mesures dels nivells d'aigua en tots els sondeigs mitjançant la instal·lació de canonades de PVC a manera de piezòmetres oberts. Basant-se en aquests mesuraments, es va determinar que el nivell freàtic se situa sempre per damunt de la cota de la clau en pràcticament tota la longitud de la zona del túnel, excepte en els 20 primers metres del costat sud, on se situa lleugerament per sota de la clau, fins a un màxim d’1 m. A la zona central del túnel, el nivell freàtic arriba a un màxim d'uns 7 m per damunt de la clau. En el quadre següent es resumeixen les mesures piezomètriques realitzades en els sondeigs, que s'han utilitzat per a la interpretació de la posició del nivell freàtic.



Sondeig Profunditat nivell freàtic Cota nivell freàtic

S-16 9,3 m 205,4

S-32 14,4 m 206,2

S-17 30,4 m 211,1

S-18 15,1 m 203,7

S-19 10,2 m 186,3

En l'apartat d'hidrogeologia de l'Annex núm. 8 s'han detallat les característiques i paràmetres hidrogeològics de tot el tram. Per avaluar l'agressivitat de l'aigua al formigó s'han realitzat anàlisis amb una mostra d'aigua obtinguda en el sondeig SE-18. Els resultats es mostren a la següent taula.

ANÀLISI DE L'AIGUA GRAU D'AGRESSIVITAT (segons EHE)

ASSAIGS UNITATS SONDEIG S-18 FEBLE MITJANA FORTA

Ph u. ph 7,74 6,5-5,5 5,5-4,5 <4,5

Magnesi mg/L Mg2+ 28,3 300-1000 1000-3000 >3000

Amonio mg/L NH4

+ <0,50 15-30 30-60 >60

Sulfats mg/L SO4

2- 32,5 200-600 600-3000 >3000

CO2 mg/L 6,47 15-40 40-100 >100

Residu sec mg/L 321 75-150 50-75 <50

GRAU D'AGRESSIVITAT

NO AGRESSIVA

Els túnels s'excavaran en un massís rocós de naturalesa margocalcària, que es pot considerar un aqüitard amb permeabilitat quasi exclusivament per fracturació. La seva transmissivitat és inferior a 10 m2/dia i la seva permeabilitat és inferior a 0,01 m/dia. Amb aquestes condicions, i basant-se en l'estructura sinclinal interpretada a la zona dels túnels, l'existència d'alguna petita intercalació de gres en la massa margocalcària i la posició del nivell freàtic respecte a la clau, són d'esperar els següents condicionants hidrogeològics als túnels:

• Apareixerà poca aigua subterrània al túnel, que es concentrarà a les zones de falla, la zona de tall de l'eix sinclinal i a les zones on es travessen les intercalacions més importants de gres quant a grossària i grau de fracturació.

• L'afluència d'aigua a les zones esmentades, que es consideren restringides per al conjunt del

túnel, potser tindrà lloc amb cabals relativament alts en el moment de la seva excavació, però és d'esperar que, en general, es drenin a les poques hores, o com a màxim alguns dies.

• En la resta del túnel, que comprèn la part més gran, no s'espera pràcticament l'aparició d'aigua durant la construcció, com a màxim, gotejos en zones puntuals.

• La construcció del túnel farà descendir el nivell freàtic actual en una banda de 50-100 m d'amplària cap al costat esquerre de l'eix, i de fins a 100-150 m cap al costat dret. Aquest fenomen no provocarà impacte hidrogeològic a la zona, atès que l'aigua subterrània existent no està sent explotada. Només hi ha un pou de tipus tradicional (Pou 26 de la llista de pous), que aprofita l'aigua subterrània continguda en dipòsits col·luvials del fons d'un tàlveg. El pou quedarà destruït per l'excavació de la boca nord del tub esquerre.

• Un cop construït el túnel, només són d'esperar gotejos o afluències escasses localitzades, i de poc cabal, que només es produiran després de períodes molt plujosos. Aquestes seran més abundants a la zona central del tub esquerre, en concret, en la part inferior del mur lateral esquerre.

2.2.5. Classificació del massís rocós Tot seguit es determina l'índex RQD i RMR (Bieniawski 1989) del massís rocós. A més dels índexs anteriors també s'ha determinat l'índex GSI (Geological Strength Index) que servirà més endavant per a obtenir els paràmetres tensodeformacionals del massís basant-se en els de la roca intacta. El GSI es pot estimar a partir del RMR. En efecte, a partir d'un RMR89 fictici, denominat RMR’89 que s'obté de la mateixa manera que el RMR normal però adoptant un valor 15 per al factor d'aigua i 0 per a la correcció per orientació, l'expressió que proporciona el GSI és la següent:

GSI = RMR’89 - 5

El càlcul d'aquests índexs s'ha efectuat fonamentalment a partir de la informació proporcionada per les columnes dels sondeigs efectuats específicament per a la investigació del túnel. En tots els sondeigs s'ha dut a terme una testificació detallada, mitjançant els corresponents formularis de camp dels diversos paràmetres que intervenen en els índexs. També s'han tingut en compte els resultats dels assaigs de laboratori i els nivells d'aigua mesurats en els sondeigs. El càlcul detallat dels diferents índexs s'inclou a l'apèndix denominat “Càlcul d'índexs geomecànics”. A continuació s'inclou una taula resum dels resultats.

RQD i percentatge d'aparició de cada litologia

Descripció % Aparició de cada formació RQD

A cota de túnel (*) En sondeigs en zona d’influència (**) Màxim Mínim Mitjana

EM Margocalcària 88 97 100 0 65

G Gres 12 3 100 20 50

(*) Segons el perfil longitudinal geologicogeotècnic interpretat (**) Banda de terreny compresa entre la cota de clau + 14 m i la cota de solera – 7 m



RMR i GSI

Descripció RMR,89 (*)

GSI Màxim Mínim Mitjana (**) Qualitat de terreny

EM Margocalcària 66 37 56 Mitjana 51

G Gres 54 51 53 Mitjana 48

(*) Determinat a la zona d'influència. (**) És la mitjana ponderada per la freqüència d'aparició.

2.3. CARACTERÍSTIQUES GEOTÈCNIQUES 2.3.1. Característiques geotècniques de la roca matriu 2.3.1.1. Resum dels resultats dels assaigs de laboratori En les taules següents s'indiquen les característiques de la matriu rocosa de les diferents formacions i litologies reconegudes a la zona on s'excavarà el túnel, deduïdes a partir dels assaigs de laboratori efectuats en els sondeigs següents: S-17, S-18 i S-32 (per a la unitat EM), S-16 i S-19 (per a la unitat EA), i S-19 i S-36 (per a la unitat ZF). Per a caracteritzar la formació QC s'han utilitzat els resultats dels assaigs de laboratori pertanyents als sondeigs S-16 i S-19, juntament amb els assaigs realitzats de les mostres preses en els cales C-19, C-20, C-22 i C-23. Les unitats EA, ZF i la formació QC no es veuran afectades directament per l'excavació del túnel en mina, d'acord amb la interpretació del perfil efectuada, encara que sí que afectaran l'excavació de les embrocaments i per això s'inclouen aquí.

Unitat EM

Margocalcària

Paràmetre Valor mitjana Rang de variació Núm. dades

Densitat seca (g/cm3) 2,47 2,33 - 2,59 12

Humitat natural (%) 3,5 2,0 - 6,5 12

Densitat natural (g/cm3) 2,54 2,42 - 2,64 12

Resistència a compressió simple (MPa) 22,9 9,5-39,6 12

Resistència a compressió indirecta (MPa) 1,8 1,2-2,7 11

En aquesta unitat s'han realitzat 9 assaigs triaxials. Els resultats d'aquests assaigs s'inclouran en els apartats posteriors.

Unitat EA

Argila EA Paràmetre Valor mitjana Rang de variació Núm. dades


Humitat natural (%) 18,7 14,5 - 22,7 4


Granulometria % fins 83 54 - 97 4

% sorra 15 3 - 40 4

% grava 2 0 - 6 4

Límits d’Atterberg LL 30 24 - 33 4

LP 18 17 - 20 4

IP 12 7 - 14 4 Triaxial sense consolidació prèvia ni

drenatge Cu (kPa) 150 204 - 96 2

Tall directe consolidat i drenat c' (kPa) 46 1

φ' (º) 29

Unitat ZF

Zona de fractura Paràmetre Valor mitjana Rang de variació Núm. dades

Densitat seca (g/cm3) 2,01 1,94-2,07 2

Humitat natural (%) 12,9 10,7-15,0 2

Densitat natural (g/cm3) 2,30 2,21-2,38 2

Granulometria % fins 61 33-88 2

% sorra 15 1-28 2

% grava 25 11-39 2

Límits d’Atterberg LL 32 --- 1

LP 19 --- 1

IP 13 --- 1

Triaxial sense consolidació prèvia ni drenatge Cu (kPa) 273 --- 1

Tall directe consolidat i drenat c' (kPa) 213

1 φ' (º) 31



Formació Qc

Argila amb sorra i grava Paràmetre Valor mitjana Rang de variació Núm. dades

Densitat seca (g/cm3) 1,72 1,68-1,76 2

Humitat natural (%) 10,1 7,7-14,3 7

Densitat natural (g/cm3) 1,98 1,92-2,04 2

Granulometria % fins 63 46-94 7

% sorra 22 6-44 7

% grava 15 0-22 7

Límits d’Atterberg LL 36 33-49 7

LP 20 18-24 7

IP 16 14-25 7

Tall directe consolidat i drenat c' (kPa) 33,4 2 φ' (º) 33,0

De la litologia G (gresos), no se’n disposen assaigs de laboratori a causa de la poca freqüència amb què apareix al terreny i a la dificultat de prendre testimonis adequats per l’elevada fracturació. 2.3.1.2. Unitat EM Es tracta de materials rocosos terciaris de l'Eocè, constituïts per margocalcàries massives noduloses de colors grisos i marrons. Les densitats seques d'aquests materials varien entre 2,33 i 2,59 g/cm3, segons el grau d'alteració, situant-se la mitjana entorn de 2,47 g/cm3. Les humitats estan compreses entre el 2,0% i el 6,5%, sent la mitjana del 3,5%. La resistència a compressió simple varia entre 9,5 i 39,6 MPa, sent el valor mitjà de 22,9 MPa. En el gràfic següent es mostra la relació entre la resistència a compressió i la densitat seca.

Unidad EM

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

2.30 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65

Densidad seca (g/cm3)

RC

S (M

Pa)

S'observa en el gràfic anterior la tendència esperable, encara que amb una certa dispersió, d'augment de la resistència a compressió amb la densitat, el que dóna idea de la bondat del conjunt de resultats obtinguts. Quant a la resistència a compressió, en els gràfics següents es mostra la funció de densitat i la funció de distribució d'aquest paràmetre, obtinguda a partir dels resultats dels assaigs de laboratori, en el cas que segueixin una distribució de tipus Weibull. L'expressió analítica d'aquesta distribució és la següent:

F(x) =1-exp(-(x/β)α) per a x>0 F(x)=0 si x =<0

on: x és la variable aleatòria, en aquest cas la resistència a compressió simple F(x) és la probabilitat que un valor qualsevol xi sigui menor que x o sigui P (xi < x) α y β són paràmetres que s’ajusten per a cada col·lecció de dades de manera que s’obtingui la màxima

verosimilitut.



función de densidad de Weibull

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0,050

0 9 18 27 36

σc(MPa)

prob

abilid

ad

función de distribución de Weibull

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0 9 18 27 36

σc(MPa)

prob

abilid

ad a

cum

ulad

a

S'adoptarà com a valor representatiu per als càlculs del túnel, aquell en què la probabilitat que existeixi un inferior sigui menor del 30% (percentil 30) o dit d'una altra manera F(x)= 0,30. Realitzant aquesta anàlisi s'obtenen els valors següents:

Núm. de dades de la mostra

Paràmetres de la distribució Valor mitjà, μ (MPa)

Desviació Estàndard, σ

(MPa)

Percentil 30% RCS30

(MPa) α β

12 2,71 25,10 22,3 8,9 17,2

Criteri de ruptura En la unitat EM, per ser clarament rocosa, s'emprarà una envoltant de ruptura tipus Hoek-Brown per a caracteritzar el seu comportament resistent. En aquest cas, l'envoltant de ruptura del massís rocós té l'expressió següent:

σ1 = σ3 + (m . σ3 . σc + s . σc2)0,5

on: σ1 i σ3 són les tensions principals, major i menor, d'un cercle de ruptura σc és la resistència a compressió simple de la roca intacta m i s són els paràmetres que defineixen l'envoltant de ruptura del massís

Per a la roca matriu el paràmetre “s” és igual a 1 i l'envoltant de ruptura de la roca té com a expressió:

σ1 = σ3 + (mi . σ3 . σc + σc2)0,5

sent mi el paràmetre que defineix l'envoltant de ruptura de la roca intacta.

En l'assaig brasiler, o de tracció indirecta, els valors de σ3 i σ1, en el moment de trencar la proveta, valen -σb i 3σb,

respectivament, sent σb la resistència a tracció indirecta deduïda de l'assaig.

En la taula següent es recullen els valors obtinguts en els distints assaigs de ruptura realitzats. Aquests han sigut de tres tipus: triaxials, de tracció indirecta i de compressió simple.



Unitat EM

Sondeig S-17 S-17 S-17 S-17 S-17 S-18 S-18 S-18 S-18 S-32

Profunditat (m) 33,60 39,60 44,40 13,20 28,95 31,25 11,40 15,60 21,75 9,60

Mostra T-10 T-11 T-12 T-5 T-8 T-12 T-3 T-6 T-8 T-4

Tracció indirecta

σ3=−σb (MPa) -2,7 -2,5 -1,2 -1,7 -1,6 -1,3 -1,9 -2,0 -2,1 ---

σ1=3σb (MPa) 8,1 7,5 3,6 5,1 4,8 3,9 5,7 6 6,3 ---

Compressió simple

σ3 (MPa) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

σ1=σc (MPa) 17,1 39,6 13,0 20,8 20,8 31,6 30,1 13,0 31,4 9,5

Triaxial σ3

(MPa) 1,25 0,80 1,15 0,50 0,80 0,80 0,30 0,40 0,55 ---

σ1 (MPa) 27,30 19,00 24,10 29,70 35,91 49,70 21,10 29,20 34,80 ---

En la taula anterior són anormals i, per tant, han sigut descartats per a l'anàlisi els assaigs triaxials del T-11 del S-17 i del T-3 del S-18, per presentar valors de σ1 de l'assaig triaxial inferiors a la resistència a

compressió. A partir de les dades anteriors vàlides s'ha realitzat un ajust per mínims quadrats de la corba de ruptura de tipus Hoek-Brown per a la roca matriu, a fi de determinar els paràmetres “mi” i “σc”. Per a això, s'han seguit dos procediments:

• Ajust 1) S'han deixat com a paràmetres lliures σc i mi. Els resultats obtinguts han sigut: mi = 12,44 y σc= 27,6 MPa.

• Ajust 2) S'ha deixat únicament mi lliure i per a σc s'ha pres el valor mitjana dels assaigs, és a dir, σc= 22,9 MPa. El resultat obtingut ha sigut: mi = 11,93.

Com a anàlisi addicional s'ha efectuat l'anàlisi anterior per a cada un dels testimonis assajats, és a dir prenent els resultats individuals de cada mostra per separat. D'aquesta manera, s'han obtingut els següents valors d’mi i σc.

Unitat EM

Sondeig S-17 S-17 S-17 S-17 S-17 S-18 S-18 S-18 S-18

Profunditat (m) 33,60 39,60 44,40 13,20 28,95 31,25 11,40 15,60 21,75

Mostra T-10 T-11 T-12 T-5 T-8 T-12 T-3 T-6 T-8

σc (Mpa) 20,6 27,9 15,6 24,0 26,3 36,3 24,7 21,9 31,0

mi 6,3 7,0 13,7 13,8 17,5 30,0 10,9 10,7 13,6

Coeficient correlació lineal

r2 0,91 0,42 0,97 0,95 0,93 0,97 0,75 0,72 1,00

Igual que en els ajustos anteriors, s'han desestimat, per anòmals, els corresponents a la mostra T-11 del S-17 i T-12 del S-18. També s'ha descartat la T-3 del S-18 per proporcionar un mi excessivament gran, incompatible amb els valors usuals segons la literatura tècnica. Amb la resta de valors s'han obtingut mi compresos entre 6,3 i 17,5, amb valor mitjana mi = 12,6. Les resistències a compressió per la seva banda oscil·len entre 15,6 i 31,0 MPa amb un mitjana de valor σc = 23,2 MPa. Es comprova que els valors mitjana obtinguts d'aquesta manera són semblants als obtinguts amb els criteris d'ajust anteriors. Segons la literatura tècnica (Hoek 2002) els valors de mi per a les margues estan compresos entre 5 i 9, amb un valor mitjà de 7. D'acord amb aquestes mateixes fonts, en calcàries, els valors de mi poden aconseguir valors de fins a 15. Per a margocalcàries els valors del mi seran intermedis als anteriors. D'acord amb l'anterior, es podrien adoptar com a valors de càlcul els següents:

mi = 12 σc = 17 MPa (percentil 30 de la resistència a compressió)

En la figura següent es representa l'envoltant de càlcul que es deriva dels paràmetres anteriors, juntament amb els ajustos 1 i 2 esmentats anteriorment. Com es pot comprovar l'envoltant de càlcul queda, de forma raonablement conservadora, per sota de la major part dels assaigs efectuats.

-10.00

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

-3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

σ3 (MPa)1(

MPa

)

ajuste 1ajuste 2Resultados ensayosEnvolvente de cálculo



2.3.1.3. Unitat EA La unitat EA correspon a argiles margoses de color entre gris i marró verdós i aspecte massiu. Aquests materials s'excavaran en els desmunts d'accés a les embrocaments. Presenten un percentatge de fins mitjà superior al 80% (encara que variable entre el 54 i 97%). Les densitats seques d'aquests materials varien entre 1,65 i 1,88 g/cm3 i situen la seva mitjana entorn d'1,82 g/cm3. Les humitats estan compreses en general entre el 14% i el 22%, sent la mitjana del 18%. D'acord amb els assaigs efectuats, es tracta d'argiles de baixa plasticitat, amb IP mitjà igual a 12, i LL mitjà de 30. Quant a la seva resistència es disposa del resultat d'un assaig d'estil directe CD, consolidat i drenat, amb una mostra del sondeig més pròxim a l'embrocament sud, S-16, a 9.00 m de profunditat que ha proporcionat els següents paràmetres resistents en tensions efectives:

• φ’ = 29º • c’ = 46 kPa

A més, es disposa de dos assaigs triaxials sense consolidació prèvia ni drenatge, realitzats sobre mostres obtingudes dels sondeigs més pròxims a les dues embrocaments (mostra a 7,2 m de profunditat en el sondeig S-16 i a 5,4 m en el S-19). En aquests s'han obtingut valors de la resistència al tall sense drenatge (Cu) de 204 i 96 kPa respectivament. 2.3.1.4. Unitat ZF Es tracta d'unes zones de fractura formades per bretxes de falla de naturalesa essencialment argilosa. El percentatge de fins d'aquests materials és variable i presenta una mitjana que se situa entorn del 60%. D'acord amb el perfil longitudinal interpretat, seran interceptats per a l'excavació en els desmunts d'accés a les embrocaments. Les densitats seques d'aquests materials varien entre 1,94 i 2,07 g/cm3 i situen la seva mitjana entorn d'2,01 g/cm3. Les humitats estan compreses en general entre el 10,7% i el 15,0%, sent la mitjana del 12,9 %. D'acord amb els assaigs efectuats, es tracta d'argiles de baixa plasticitat, amb IP i LL mitjà 13 i 32 respectivament. Quant a la seva resistència es disposa del resultat d'un assaig d'estil directe CD, consolidat i drenat, realitzat sobre una mostra del sondeig més pròxim a l'embrocament nord, S-19, a 7.20 m de profunditat que ha proporcionat els següents valors (en tensions efectives):

• φ’ = 31º • c’ = 213 kPa

A més, es disposa d'un assaig triaxial sense consolidació prèvia ni drenatge, realitzats sobre una mostra obtinguda del S-36 13,0 m. El resultat obtingut ha sigut Cu = 273 kPa.

2.3.1.5. Litologia G La litologia G està formada per alguns nivells decimètrics a mètrics de gres de color gris, de gra fi. D’acord amb la interpretació geològica realitzada, aquests materials no es trobaran en l'excavació de les embrocaments, però sí al túnel en mina. De tota la longitud del túnel, tan sols en un 12% s'espera trobar aquests gresos, a causa de la geometria de l'estructura sinclinal interpretada. No es disposa d'assaigs realitzats sobre aquests materials, però atès l'aspecte de les crestes observades en superfície, i el dels testimonis perforats en els sondeigs, es pot adoptar per a aquesta litologia una resistència semblant, o fins i tot millor, a la corresponent a la EM, amb l'única excepció que es considera probable trobar major quantitat d'aigua en G que en EM. 2.3.1.6. Formació QC. Es tracta d'argiles amb sorres i graves, de color marró. Les proporcions de sorra i grava són variables, però en general, es tracta d'un sòl cohesiu molt ferm o dur. El percentatge de fins se situa, com a mitjana, entorn del 60%. Es preveu trobar aquest tipus de terrenys a les zones superiors dels talussos de les embrocaments. D'acord amb els assaigs realitzats sobre mostres d'aquests materials, les densitats seques varien entre 1,68 i 1,76 g/cm3 situant-se la mitjana entorn d'1,72 g/cm3. Les humitats estan compreses en general entre el 7,7% i el 14,3%, sent la mitjana del 10,1%. D'acord amb els assaigs efectuats, es tracta d'argiles de baixa plasticitat, amb IP i LL mitjà 16 i 36 respectivament. Quant a la seva resistència, es disposa de dos assaigs d'estil directe CD, consolidat i drenat. Les mostres s'han pres en zones pròximes a les dues embrocaments. En concret, pertanyen al sondeig S-16 i a la cala C-19. En ambdós casos, les mostres posseeixen granulometries semblants i límits d'Atterberg idèntics. Els resultats obtinguts es resumeixen a continuació:

Mostra Profunditat (m) % graves % sorra % fins LL LP IP c’(kPa) φ’

Mostra inalterada d’S-16 3,00 20 22 58 34 19 15 26 39º

Mostra remodelada de

C-19 1,00 15 20 65 34 19 15 41 27º

Es prendran, de manera conservadora, els següents valors de càlcul dels paràmetres del terreny intacte d'aquests materials: φ ‘ = 27º y c’ = 20 kPa.



2.3.1.7. Resum paràmetres resistents de la roca matriu

Estat Resistència

Densitat Seca

(g/cm3)

Humitat (%)

Densitat natural (g/cm3)

c’ (kPa)

φ' (º)

RCS30 (MPa) mi s

EM margocalcària 2,47 3,5 2,54 --- --- 17,0 12,0 1,0

EA argila 1,82 18,7 2,12 40 29 --- --- ---

ZF zona de fractura 2,01 12,9 2,30 100 30 --- --- ---

QC argila amb sorra i grava 1,72 10,1 1,98 20 27 --- --- ---

2.3.2. Característiques geològiques del massís rocós 2.3.2.1. Classificació del massís rocós Per a les formacions de tipus sòl se suposarà una resistència del massís rocós igual a la indicada en apartats anteriors per al material matriu. Per a la litologia rocosa EM, l'obtenció dels paràmetres “m” i “s” de l'envoltant de ruptura del massís es realitzarà amb les correlacions següents (“Support of Underground Excavations in Hard Rock. Hoek. Editorial: Balkema”): m = mi . exp [(GSI-100)/28] s = exp [(GSI-100)/9] D'acord amb les dades proporcionades per les columnes dels sondeigs es pot fer una subdivisió de la qualitat del massís rocós esperable durant l'excavació en tres intervals de l’RMR. Aquests són els següents:

Terreny tipus Rang de variació de l’RMR GSI càlcul

A 55 a 65 50

B 45 a 54 40

C 30 a 44 25

Per a obtenir el valor “m” i “s” de cada interval s'ha adoptat el valor del GSI de la taula anterior, estimat del costat de la seguretat amb el valor de l’RMR que defineix el límit inferior de cada rang establert. D'aquesta manera, els valors resultants per a la resistència del massís són els indicats en la taula següent.

Terreny tipus RMR GSI, càlcul Roca matriu Massís rocós

RCS30 (MPa) mi s m s

A 55-65 50 17

12 1,0

2,012 0,0039

B 45-54 40 1,408 0,0013

C 30-44 25 5 0,824 0,0002

2.3.2.2. Deformabilitat del massís rocós Unitat EM Per conèixer la deformabilitat del massís rocós s'han efectuat assaigs presiomètrics en els sondeigs del túnel. Els resultats d'aquests assaigs han sigut els següents:

Unitat EM

Sondeig Núm. Pressiòmetre

Profunditat (m) Litologia

Mòdul de tall, G (MPa)

Mòdul de deformació, E

(MPa)RQD RMR

S-17 1 29,65 MARGA 213 553 45 48S-17 2 40,8 MARGA 314 815 70 53 S-18 1 13,65 MARGA 1402 3644 100 62 S-18 2 24,65 MARGA 898 2335 90 54

En el gràfic següent es presenten els resultats anteriors:

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

30 35 40 45 50 55 60 65

RMR

E (M

Pa)



A partir de les dades anteriors, es poden establir els següents valors de càlcul per als mòduls de deformació del massís per als terrenys tipus A, B i C.

Unitat EM

Terreny tipus RMR RMR, càlcul ECÀLCUL (MPa)

A 55-65 55 1500

B 45-54 45 500

C 30-44 30 250

Unitat EA En aquest cas es disposa dels següents assaigs pressiomètrics:

Unitat EA

Sondeig Núm. Pressiòmetre

Profunditat (m) Litologia

Mòdul de tall, G

(MPa)

Mòdul de deformació, EU

(MPa) S-14 1 22,35 Argila

margosa 4 13

S-16 1 5,65 Marga argilosa 15 44

S-16 2 15,65 Bretxa argilosa 8 25

S-19 1 4,65 Argila margosa 11 34

S-19 2 10,65 Bretxa argilosa 9 26

El valor mitjà resultant és EU = 28 MPa. Els valors de la resistència al tall sense drenatge CU en aquests materials oscil·len entre 100 i 200 kPa, aproximadament, la qual cosa suposa relacions EU / CU d'entre 280 i 140. D'acord amb la literatura tècnica (Duncan 1976) per a argiles rígides preconsolidades amb IP< 30 el quocient EU / CU = 400. En conseqüència, els valors obtinguts dels assaigs resulten menors de l'esperable d'acord amb la literatura tècnica, a causa segurament de l'alteració de la cavitat argiloses amb la perforació. Basant-se en això es prendrà com a valor de càlcul, de forma conservadora: E = 30 MPa Unitat QC Quant a la deformabilitat d'aquests materials s'ha efectuat un assaig pressiomètric:

Sondeig Profunditat (m) Litologia Consistència Cu

(kPa) Mòdul de tall, G

(MPa) Mòdul de deformació,

EU (MPa)

S-21 3,70 Argila CL Argila molt ferma 145 (estimada) 9,6 25 S'adoptarà el valor de càlcul E = 25 MPa.

Unitat ZF No es disposa d'assaigs específics en aquests materials. S'adoptarà E = 50 MPa 2.3.3. Resum de paràmetres geotècnics de càlcul En el quadre següent apareixen resumits els paràmetres que s’utilitzaran en els càlculs.

Unitat litològica RMR Densitat Natural (g/cm3)

Resistència del massís Deformabilitat del massís

c’ (kPa)

φ’ (º)

σC (MPa) m s E

(MPa) ν

Formació EM. Terreny tipus A 55-65 2,55 --- --- 17 2,012 0,0039 1500 0,30

Formació EM. Terreny tipus B 45-54 2,55 --- --- 17 1,408 0,0013 500 0,30

Formació EM. Terreny tipus C 30-44 2,55 --- --- 5 0,824 0,0002 250 0,30

Zona de fractura ZF < 30 2,30 100 30 --- --- --- 50 0,40

Formació EA --- 2,12 40 29 --- --- --- 30 0,45

Formació QC. --- 1,98 20 27 --- --- --- 25 0,45

2.4. EXCAVACIÓ S'ha previst que l'excavació es realitzi en tres fases: avanç, destrossa i contravolta. L'alçària de la secció d'avanç ve marcada per la necessitat de disposar d’un gàlib mínim per al treball de la maquinària d'excavació i desenrunament. Aquest gàlib s'ha fixat en 6,00 m, mesurat des de l'extradós del revestiment. La destrossa ocuparà la resta de la secció del túnel fins a la cota de suport del sosteniment. El sector circular comprès entre el fons de l'excavació i la cota anterior constitueix l'excavació en contravolta. El tipus d'excavació dependrà de la qualitat del massís rocós i de les característiques de la roca matriu, fonamentalment de l’abrasivitat, la duresa, la fracturació, etc. Per conèixer la friccionabilitat i l’abrasivitat dels materials a excavar s'han realitzat assaigs d’“F” de Schimazek i Cerchar sobre testimonis de margocalcàries dels sondeigs S-17 i S-18. Els assaigs de friccionabilitat han proporcionat un valor F = 0,015 kN/m, el que indica que es tracta de materials amb una friccionabilitat que es pot qualificar de “Molt Bona”. Els assaigs d'abrasivitat proporcionen valors de l'índex Cerchar nuls, el que indica que es tracta de materials de tipus “Molt poc abrasiu”, com correspon a roques de naturalesa margocalcària. Com s'ha vist en els apartats anteriors les resistències mitjanes a compressió oscil·len, depenent de les litologies, entre 10 i 40 MPa, per la qual cosa les roques es poden qualificar, com a mitjana, de resistència “baixa” o “mitjana”. Les resistències a tracció obtingudes en els assaigs han sigut de l'ordre de la desena part de les de compressió. Tenint en compte les resistències anteriors i la baixa abrasivitat de la roca, s'arriba a la conclusió que el massís rocós és susceptible de ser excavat amb fregadora, amb la potència i eines de tall adequades.



L'excavació mitjançant voladures és igualment vàlida. A les zones menys competents i més fracturades és possible també, encara que amb un menor rendiment, la utilització de martell destrossador. En definitiva, s'estima que l'excavació en mina es pot fer mitjançant fregadora o amb explosius, segons sigui més econòmic per al contractista. A l'hora de valorar el procediment d'excavació més adequat, el contractista haurà de tenir en compte que les voladures produiran una sobreexcavació més gran i que el seu excés respecte de la línia teòrica d'abonament no serà abonable a l'hora de cubicar el volum d'excavació o de formigó projectat, o de revestiment, segons sigui procedent. La longitud màxima d'excavació en la secció d'avanç, com es veurà posteriorment, estarà compresa en 1,0 i 3,0 m. Per a la fase de destrossa, la longitud de passada es pot incrementar fins al doble de la longitud en avanç (2,0 a 6,0 m). La destrossa es dividirà en dues meitats, que s'executaran decaladament, amb una distància mínima de 10 m. Amb caràcter orientatiu i per motius d'operativitat constructiva la separació entre les fronts d’excavació en avanç i destrossa se separaran una distància d'almenys 50 m. 2.5. SOSTENIMENT 2.5.1. Introducció L'estimació dels sosteniments necessaris s'ha realitzat mitjançant models numèrics d'elements finits que tracten de simular les condicions geologicogeotècniques dels terrenys a travessar i la seqüència constructiva prevista. En els apartats següents es descriuen els sosteniments adoptats juntament amb els models numèrics justificatius. 2.5.2. Característiques generals dels sosteniments Els sosteniments s'han projectat basant-se en els criteris generals següents:

El sosteniment estarà constituït per formigó projectat amb fibres d'acer, amb diferents grossàries segons les necessitats i que, quan convingui, es reforçarà mitjançant la inclusió de encavallades metàl·liques al seu si i/o perns d’ancoratge.

Les encavallades reticulars formades per perfils laminats TH o HEB. L'acer tindrà un límit elàstic Fy = 340 MPa en les TH-29 i de valor Fy=275 MPa en les HEB.

S'empraran perns d’ancoratge d'expansió tipus Swellex o semblant, o d'adherència amb resina.

2.5.3. Tipus de sosteniment S'han previst els següents tipus de sosteniment d’acord amb les característiques estimades del massís travessat (valor de l'índex RMR) o de les condicions d'utilització indicades en la taula.

Tipus de sosteniment

Longitud (m)

% sobre la longitud total

del túnel Condicions d'utilització

I 283 32 RMR 55 a 65 II 416 47 RMR 45 a 54 III 44 5 RMR 30 a 44

IVa 80 9 Embrocaments IVb 66 7 Tub dret P.K. 9+986 a 10+006 (zona de tub dreta en desmunt)

Cada una de les seccions tipus de sosteniment es compon dels elements de reforç que s'especifiquen en la taula següent.

Tipus de sosteni-

ment

Excavació Formigó projectat

Perns d’expansió (Swellex o similar)

Encavallades Paraigua de micropilons

Fases

Longitud de passada (m) e

(cm)

Pota elefant avanç

TIPUS Separació (m) s (m)

Dp / Dt / et L Solapament

Avanç Destrossa S (m) L (m) (mm) (m) (m)

I A+D+C 3,0 6,0 15 NO 1,0/1,5 4,0 NO NO II A+D+C 1,5 3,0 25 NO 1,0/1,5 4,0 TH-29 1,5 NO III A+D+C 1,0 2,0 25 SÍ NO TH-29 1,0 NO

IVa A+D+C 1,0 2,0 25 SÍ NO HEB-140 1,0 0,50 175 / 103 / 12,5 20 ---

IVb A+D+C 1,0 2,0 25 SÍ NO HEB-140 1,0 NO Notes: - El formigó projectat serà de tipus HP/25/III/J3. - Les grossàries de formigó projectat indicades són totals, és a dir, inclouen els 5 cm inicials de segellat. - Les fases d'excavació són avanç (A), destrossa (D) i contravolta (C). - El primer valor de la separació ‘s’ dels perns correspon al perímetre de la secció transversal i la segona al sentit longitudinal.

- Dels micropilons s'indica la separació en metres entre micropilons (s), el diàmetre de la perforació (Dp) i el diàmetre i grossària del tub (Dt i et), així com la longitud (L) i el cavalcament entre paraigües consecutius en metres.

2.5.4. Hipòtesi de càlcul Per a cada tipus de sosteniment s'han estudiat les diferents situacions quant a l'aparició de tipus de terreny en les diferents zones del túnel. A més, es tindran en compte les hipòtesis de càlcul següents quant a l'estat tensional del massís i els coeficients de relaxació de tensions. Camp de tensions inicials del terreny Es considerarà un camp gravitatori, amb tensions verticals proporcionals a la profunditat i al pes específic del terreny, i tensions horitzontals de valor K0 respecte de les verticals. S'han considerat dos valors extrems per a K0, de valor 0,50 i 1,30. En els càlculs el valor pèssim dels esforços sobre el sosteniment s'ha obtingut sistemàticament per a K0 = 1,30. No obstant això, s'han comprovat els sosteniments també per a K0 = 0,50.



Relaxació de tensions La comprovació dels sosteniments proposats s'ha efectuat mitjançant models bidimensionals en deformació plana amb el programa PHASE2. Aquests models es denominaran d'ara endavant “models de fases”, pel fet que tracten de reproduir les distintes fases en què se subdividirà l'excavació del túnel. Per a tenir en compte l'efecte de confinament que ofereix el front de l'excavació i les convergències, o relaxacions de tensions, que s'han produït prèviament a la instal·lació del sosteniment, s'ha efectuat una sèrie de models complementaris que tracten de quantificar aquest efecte. Per a cada litologia, o qualitat del terreny considerat, s'han efectuat els models següents:

- model axilsimètric - model circular equivalent

El model axilsimètric és un model pla que, mitjançant la utilització d'elements amb capacitat de simular una simetria de revolució entorn d'un eix, s'utilitza per a reproduir el comportament tridimensional d'una excavació circular en el si d'un massís rocós (vegeu figura). No cal dir que el massís rocós i el camp tensional han de tenir simetria de revolució, per tant, no s'estudien els casos amb K0 diferent d'1 o massissos rocosos amb terrenys que no presentin simetria radial. Amb aquest model s'obté una corba que relaciona el moviment radial de l'excavació amb la distància al front.

Exemple de model axilsimètric

Aquest model es compara amb un model de deformació plana, complementari de l'anterior, denominat “model circular equivalent”, on se substitueix la secció real del túnel per una secció circular amb el mateix radi (vegeu figura). D'aquest model circular s'extreuen els moviments que presenta la clau del

túnel per a diferents percentatges de relaxació de tensions, és a dir una corba que relaciona el moviment radial amb el % percentatge de relaxació, denominada també corba característica del túnel.

Exemple de model circular

Analitzant les dues corbes anteriors es pot obtenir una tercera corba que relaciona el percentatge de relaxació amb la distància al front. Aquesta corba serveix per a estimar el percentatge de relaxació de tensions que s'ha produït al massís per a una longitud de passada determinada. El valor de la relaxació, denominat R d'ara endavant, serà una dada que s'introduirà en el model de fases que servirà per a comprovar el sosteniment. A les figures que s'inclouen a continuació es poden veure les diferents corbes de relaxació obtingudes per a les diferents litologies. Posteriorment, en analitzar cada sosteniment concret, es compararà la corba característica d'aquest sosteniment, tenint en compte la geometria concreta de la secció, amb les obtingudes amb aquest procediment, de manera que es pugui efectuar una extrapolació, el més precisa que sigui possible, de la relaxació a aplicar-hi per a una longitud de passada determinada.



TUNEL DE SERINYA. CALCULOS CON MONTERA MÁXIMA

CURVA CARACTERISTICA DE LA SECCION CIRCULAR EQUIVALENTEK0=1.00 ( MODELO DE DEFORMACION PLANA)

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00

Movimiento radial (en cm.)

% d

e re

laja

cion

EM ( Terreno tipo A: 55 - 65) EM ( Terreno tipo B 45 - 54) EM ( Terreno tipo C: 30 - 44)

MOVIMIENTOS RADIALES EN FUNCION DE LA DISTANCIA AL FRENTE DE EXCAVACION (Modelo axilsimetrico)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Distancia al frente(m.)

Mov

imie

nto

radi

al(c

m.)


% DE RELAJACION EN FUNCION DE LA LONGITUD DE AVANCE

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0Distancia al frente de excavacion(m.)

% re

laja

cion

alc

anza

do




2.5.5. Característiques dels materials a emprar en el sosteniment 2.5.5.1. Característiques del formigó projectat S'adoptarà per al disseny dels sosteniments una resistència característica del formigó projectat de 25 MPa. A més, s'ha previst l'addició de fibres metàl·liques a la massa per a augmentar-ne la tenacitat i les característiques resistents. L'addició de fibres contribuirà també a augmentar la durabilitat pel fet que limitarà l'embrocament de fissures. El dosatge de fibres serà de 45 kg/m3. Per al disseny dels sosteniments s'ha previst la següent corba d'enduriment per al formigó projectat:

Edad Hom. (días) 1 3 7 15 28 >28fck,t/fck 0.30 0.43 0.67 0.83 1.00 1.00

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0 10 20 30 40 50 60Edad hormigón (días)

fck,

t/fck

Quant al mòdul d'elasticitat del formigó, s'ha suposat un valor de 30.000 MPa per a l'edat de 28 dies, és a dir EC,28 = 30.000 MPa. Per a altres edats s'ha suposat que el valor d’aquest ve determinada per l’expressió següent, deduïda de l'EHE: EC,T = EC,28 x ( fCM,T / fCM,28 )1/3 on: fCM,T és la resistència mitjana del formigó a l'edat de T dies fCM,28 és la resistència mitjana del formigó a l'edat de 28 dies EC,T és el mòdul d'elasticitat del formigó a l'edat de T dies Aquest valor ha sigut el considerat en els càlculs quan la càrrega s'introdueix de forma ràpida. Quan la càrrega s'introdueix de manera progressiva es produirà una pèrdua de rigidesa a causa de la fluència. En aquests casos s'ha considerat un valor meitat de l'anterior. Quan la secció té encavallades

embotides al seu interior s'ha considerat un mòdul d'elasticitat equivalent. Aquest valor s'ha obtingut com la mitjana dels mòduls de cada material ponderada pel valor de l'àrea. Per a l'acer estructural s'ha considerat E = 200.000 MPa. Per a l'obtenció dels últims esforços que suporten les seccions de formigó projectat s'ha tingut en compte un factor de minoració de la resistència de formigó de valor γC = 1,5. 2.5.5.2. Característiques de l’acer en perns d’ancoratge o encavallades reticulars L'acer de les encavallades TH-29 tindrà límit elàstic de valor Fy = 340 MPa i per a les HEB-140 Fy = 275 MPa. En ambdós casos el mòdul d'elasticitat considerat en els càlculs és E = 200.000 MPa. El coeficient de minoració de la resistència de l'acer, per a l'obtenció dels esforços últims, ha sigut γS = 1,15. Els perns d’ancoratge considerats són d'expansió tipus Swellex o semblant amb càrrega última de ruptura de 120 kN. S'ha considerat una adherència pern d’ancoratge terreny de 100 kN/m. S’utilitzaran en les seccions tipus I i II, amb una separació de 10 m en el sentit perimetral de la secció transversal i de 1,5 m en la direcció de l’eix del túnel. 2.5.6. Sosteniment I S'aplicarà per a qualsevol recobriment de terres quan el material excavat sigui el denominat terreny tipus A, és a dir amb valors de l’RMR compresos entre 55 i 65. El procediment constructiu previst és el següent:

Avanç - Excavació de l'avanç amb longitud de passada màxima de 3,0 m, juntament amb el posterior sanejament i

neteja del front. - Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de perns d’ancoratge. - Excavació de la passada següent. - Projecció de la resta del formigó (10 cm). - Inici del cicle. Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud de passada

en aquest cas serà de fins a 6 m. - El cicle de col·locació del sosteniment és igual al de l'avanç indicat anteriorment.

Per simular numèricament, amb el programa PHASE2, aquest procediment constructiu s'han plantejat les fases de càlcul següents:

1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,30 o 0,50). 2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 70%). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç.



4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel.

L'excavació del tub paral·lel s'ha simulat mitjançant una relaxació equivalent del conjunt de la seva secció.

Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del valor de K0 s'han realitzat els models de càlcul següents.

Càlcul núm. Relaxació de l'avanç K0 1 70% 1,3

2 70% 0,5

Els valors de la relaxació considerats són els que segons les corbes característiques, per al terreny tipus A, li correspon a una longitud de passada de 3,0 m tenint en compte que el sosteniment es completa en dos passades. A les figures següents es mostra l'esquema general del model juntament amb el detall de la secció d'excavació en les diferents fases.

Esquema general del model (en Fase 1)

Fase 2.

Fase 3.

Fase 4.



Fase 5.

Fase 6.

A les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment tant en avanç com en destrossa, juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment, en termes d'axia-moment, de manera que es pugui comprovar gràficament la validesa. Els valors representats són valors “característics” (NK i MK). Les envoltants de ruptura dels sosteniments s'han obtingut amb la minorització de les resistències dels materials, és a dir són resistències últimes (NU i MU). El coeficient de minoració adoptat per al formigó projectat ha sigut d'1,5 i per a l'acer de les encavallades d'1,15. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula.

SOSTENIMENT TIPUS I

Càlcul núm.

Relaxació del

Avanç Ko

Valors del coeficient de seguretat en fase de sosteniment F = Nu /Nk

Excavació de l'avanç Excavació de la destrossa

1 70% 1,3 2,24 1,52

2 70% 0,5 2,66 2,16

Com es pot comprovar el cas pèssim correspon al “Càlcul núm. 1” que proporciona F =1,52 en la fase de destrossa. Aquest valor es considera adequat.



SOSTENIMIENTO TIPO I. Ko=1,30 SOSTENIMIENTO TIPO I. Ko=0,50

Diagrama M-N

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.15 m / Fck=25 MPaAvanceDestroza

Diagrama M-N

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.15 m / Fck=25 MPaAvanceDestroza



Quant a les plastificacions del terreny, en la figura següent es mostra en valor del Stregnth Factor (SF) al final de la fase d'excavació d'ambdós tubs per al cas pèssim (Càlcul núm. 2). El valor de SF (Strength Factor) és un dels maneres amb el qual el programa de càlcul Phase2 permet avaluar el grau de plastificació del terreny sotmès a diverses accions. És una espècie de ‘factor de seguretat’ calculat en tensions principals com el quocient, en cada element discret del model, entre la resistència del terreny, definida en aquest cas amb el model de Hoek-Brown, i les tensions induïdes pel procés de construcció. En els models elastoplàstics el valor mínim de SF és igual a 1, corresponent a l'estat de plastificació. Les figures de contorns de SF mostren l'aurèola de plastificació entorn de les excavacions.

Plastificació per a Ko = 0,50 (Càlcul núm. 2)

Com es pot comprovar el contorn plastificat comprèn una zona d'1,5 a 2,0 m respecte del perímetre de l'excavació, la qual cosa es considera admissible. 2.5.7. Sosteniment II S'aplicarà per a qualsevol recobriment de terres quan el material excavat sigui el denominat terreny tipus B, de dir amb valors de l’RMR compresos entre 45 i 54. El procediment constructiu previst és el següent:

Avanç - Excavació de l'avanç amb longitud de passada màxima de 1,5 m, juntament amb el posterior

sanejament i neteja del front. - Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de perns d’ancoratge i encavallades.

- Projecció de 10 cm de formigó. - Excavació de la passada següent. - Projecció dels restants 10 cm de formigó fins a completar la grossària total. - Inici del cicle. Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud de passada



1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,30 o 0,50). 2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 60%). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel. L'excavació

del tub paral·lel s'ha simulat mitjançant una relaxació equivalent del conjunt de la seva secció. Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del valor de K0 s'han realitzat els models de càlcul següents.


2 60% 0,5

Els valors de la relaxació considerats són els que segons les corbes característiques, per al terreny tipus B, li correspon a una longitud de passada de 1,5 m tenint en compte que el sosteniment es completa en dues passades. L'esquema general del model i de les fases de càlcul és igual a l'indicat en l'apartat anterior per al sosteniment tipus I. A les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

Càlcul núm. Ko



1 1,3 2,59 1,34 2 0,5 2,92 2,50

El cas pèssim correspon al “Càlcul núm. 1” que proporciona F =1,34 en la fase de destrossa. Aquest valor es considera adequat.



SOSTENIMIENTO TIPO II. Ko=1,30 SOSTENIMIENTO TIPO II. Ko=0,5

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH-29 cada 1.50AvanceDestroza

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH-29 cada 1.50AvanceDestroza



Respecte de les plastificacions del terreny, en la figura següent es mostra en valor de l’Stregnth Factor (SF) al final de la fase d'excavació d'ambdós tubs per al cas pèssim (Càlcul núm. 2).


Com es pot comprovar el contorn plastificat comprèn una zona d'1,5 a 2,0 m respecte del perímetre de l'excavació i no existeix una interacció significativa entre tubs, la qual cosa es considera vàlid. 2.5.8. Sosteniment III S'aplicarà per a qualsevol recobriment de terres quan el material excavat sigui el denominat terreny tipus C, de dir amb valors de l’RMR compresos entre 30 i 44. El procediment constructiu previst és el següent:


sanejament i neteja del front. - Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de encavallada al front - Projecció de 10 + 10 cm de formigó. - Inici del cicle.

Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud de passada



1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,30 o 0,50). 2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 80%). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel. L'excavació

del tub paral·lel s'ha simulat mitjançant una relaxació equivalent del conjunt de la seva secció. Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del valor de K0 s'han realitzat els models de càlcul següents.


2 80% 0,5

Els valors de la relaxació considerats són els que segons les corbes característiques, per al terreny tipus C, li correspon a una longitud de passada de 1,0 m tenint en compte que el sosteniment es completa en una passada. Aquest valor és la mitjana de la relaxació obtinguda al front (d = 0) i l'obtinguda per a la longitud de passada (d = 1,0 m). L'esquema general del model i de les fases de càlcul és igual a l'indicat anteriorment per al sosteniment tipus I. En les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura d’aquest. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

Càlcul núm. Ko



1 1,3 1,61 1,41

2 0,5 3,49 2,58

El cas pèssim correspon al “Càlcul núm. 1” que proporciona F =1,41 en la fase de destrossa. Aquest valor es considera adequat.



SOSTENIMIENTO TIPO III. Ko=1,30 SOSTENIMIENTO TIPO III. Ko=0,5

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH-29 cada 1.0 mAvanceDestroza

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)




Les plastificacions del terreny es mostren en la figura següent mitjançant el valor de l’Stregnth Factor (SF) al final de la fase d'excavació d'ambdós tubs per al cas pèssim (Càlcul núm. 2).

Plastificació per a K0 = 0,50 (Càlcul núm. 2)

El contorn plastificat comprèn una zona d'uns 6 m respecte del perímetre de l'excavació. Al pilar entre ambdós tubs els valors de l’SF oscil·len entre 1,0 (en el contorn de l'excavació) i 1,42 al centre del pilar. Aquestes plastificacions generen convergències horitzontals de l'ordre de 80 mm. 2.5.9. Sosteniment IVa És el sosteniment d'aplicació a la zona d'embrocaments. Es considera com a zona d’embrocament els 20 m primers de l'excavació de cada tub. En aquestes zones el sosteniment previst és semblant al tipus III, descrit anteriorment, però realitzant l'excavació a l'abric d'un paraigua de micropilons, efectuat des de l'exterior, com a presosteniment. La longitud adoptada per als micropilons ha sigut de 20 m. En aquest sosteniment, respecte del tipus III, s'han substituït les encavallades TH-29 per HEB-140 a fi d'augmentar-ne la rigidesa. El paraigua de micropilons estarà compost per una corona amb separació perimetral entre micropilons de 40 cm. La inclinació d’aquests respecte al contorn teòric del túnel serà del 2%.

Com a prolongació d'aquest sosteniment cap a l'exterior del túnel s'ha previst l'execució d'unes viseres provisionals, que es demoliran després d'executada la part en mina de túnel. Aquestes viseres tindran una longitud d'uns 5,0 m. La seva funció és la de protegir enfront de despreniments en accés de vehicles i persones a l'interior del túnel durant la construcció. Un cop finalitzat el túnel es demoliran i seran substituïdes pel túnel artificial. S'ha previst que aquestes viseres estiguin compostes per perfils HEB-140, separats 1,0 m, en les quals es disposarà xapa Bernold i sobre les quals s'aplicarà formigó projectat amb fibres d'acer fins a una grossària de 20 cm en fase de sosteniment. 2.5.10. Sosteniment IVb S'aplicarà al tub dret entre els PP.KK. 9+920 i 10+006. En aquesta zona, a causa de l’esbiaixada d'atac del túnel respecte al pendent, el tub dret s'executarà en mina mentre que l'esquerre es realitzarà a cel obert, mitjançant el corresponent desmunt i construcció posterior d'un túnel artificial. El procediment constructiu per al tub executat en mina és el següent:

Avanç - Excavació de l'avanç amb longitud de passada màxima de 1,0 m, juntament amb el posterior sanejament i

neteja del front. - Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de perns d’ancoratge. - Projecció de 10 cm de formigó. - Excavació de la passada següent. - Projecció dels restants 10 cm de formigó fins a completar la grossària total. - Inici del cicle. Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud de passada



1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 0,50). 2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 50-55%). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel. L'excavació

del tub paral·lel s'ha simulat mitjançant una relaxació equivalent del conjunt de la seva secció. Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del moment en què s'executi el desmunt (abans o després del túnel en mina) s'han realitzat els models de càlcul següents.



Càlcul núm. P.K. secció Execució del desmunt 1

10+000 Cas 1. Abans del tub en mina

2 Cas 2. Després del tub en mina 3

9+940 Cas 1. Abans del tub en mina

4 Cas 2. Després del tub en mina En aquest cas, a causa de com es troba de succint el túnel, s'ha considerat únicament K0 = 0,50. Els PP.KK. de les seccions indicades es corresponen amb les seccions de recobriment màxim i mínim on aplicarà el sosteniment. Els valors de la relaxació considerats són els que segons les corbes característiques, per al terreny tipus A, li correspon a una longitud de passada d’1,0 m tenint en compte que el sosteniment es completa en dues passades. A les figures següents es mostra l'esquema general del model per als PP.KK. analitzats.

Esquema general P.K. 9+940 (fase inicial)

Esquema general P.K. 9+940 (fase final)

Esquema general P.K. 10+000 (fase inicial)

Esquema general P.K. 10+000 (fase final)

En les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura d’aquest. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

Càlcul núm.

P.K. secció Cas



1 10+000

1 8,50 7,05

2 2 7,23 6,37

3 9+940

1 7,63 4,29

4 2 5,82 4,99

Com es pot comprovar el cas pèssim correspon al “Càlcul núm. 3” que proporciona F =4,29 en la fase de destrossa. Aquest valor es considera adequat. En aquest cas, la necessitat de sosteniment no la determina la seva capacitat resistent, sinó la seva rigidesa, ja que es necessita un sosteniment el més rígid possible, dins dels rangs i grossàries habitualment utilitzats, que eviti relaxacions excessives del terreny que hi poden provocar plastificacions excessives que puguin inestabilitzar el vessant.



SOSTENIMIENTO TIPO IVb. Caso 1. PK 10+000 SOSTENIMIENTO TIPO IVb. Caso 2. PK 10+000

SOSTENIMIENTO TIPO IVb. Caso 1. PK 9+940 SOSTENIMIENTO TIPO IVb. Caso 2. PK 9+940

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + HEB -140 cada 1.0 mAvanceDestroza

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)




Respecte de les plastificacions a les figures següents es pot veure el valor d’Strength Factor (SF) obtingut en el cas pèssim:

Com es pot comprovar es produeixen valors baixos d’SF (de l'ordre d'1,20) entre el túnel i el talús de desmunt. En aquestes zones es reforçarà el talús mitjançant la inclusió d'una malla de perns d’ancoratge i la col·locació de formigó projectat. 2.5.11. Estabilitat front a la caiguda de blocs A partir de les dades proporcionades per les estacions geomecàniques i els sondeigs realitzats, s'han obtingut els plans mitjans representatius de les discontinuïtats. La intersecció d'aquests plans amb el contorn del túnel origina una sèrie de falques que cal cosir. L'obtenció dels plans mitjans s'ha efectuat amb l'ajuda del programa DIPS, mentre que l'anàlisi dels blocs s'ha fet amb el programa UNWEDGE. A més, s'ha realitzat un càlcul del bloc màxim que es pot formar en clau, a causa de la intersecció de quatre plans verticals (juntes) amb un horitzontal (estratificació). Aquest cas s’ha hagut de comprovar de manera manual pel fet que el programa UNWEDGE no té aquesta possibilitat. Els càlculs detallats es mostren en l'Apèndix núm. 2 d'aquest annex “ESTABILITAT ENFRONT DE LA CAIGUDA DE BLOCS”. La resistència al tall de les discontinuïtats es defineix d'acord amb el mètode empíric de Barton, segons l'expressió següent:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= b

nn φ

σ'JCSJRC·log·tgσ'τ 10

On JRC és un coeficient que depèn de la rugositat, JCS és la resistència a compressió de les parets de

la discontinuïtat i bφ és l'angle de fregament bàsic.

L'estructura principal del massís està marcada per un sinclinal amb un eix d'orientació oest-sud-oest – est - nord-est, és a dir, perpendicular a la traça. S'ha interpretat que l'eix d'aquest sinclinal se situa entorn del P.K. 9+685. El cabussament de l'estratificació varia, per tant, al llarg del traçat, i es defineix mitjançant la família E1 entre l'inici del túnel i el P.K. 9+675 aproximadament, i per la E2 entre el P.K. 9+695 i el final del túnel. Entre els PP.KK. 9+675 i 9+695 s'ha interpretat que l'estratificació és horitzontal. A més de l'estratificació, s'han mesurat altres famílies de discontinuïtats. En el quadre següent es resumeixen les característiques de les famílies de discontinuïtats considerades.

TRAM Nom

Orientació mitjana Espaiat

(m) Continuïtat

(m) Rugositat

(JRC) JCS

(MPa) φ (º)Cabussament (º)

Azimut de Cabussament

(º)

FLANC SUD

E1 10 308 0,2 > 20 14 4,25 30

J1 83 110 0,2-0,6 1-3 12 4,25 30

J2 82 350 0,6-2 1-3 12 4,25 30

J3 81 264 0,6-2 3-10 12 4,25 30

Orientació de l’eix del túnel 335º

FLANC NORD

E2 33 168 0,2 > 20 12 4,25 30

J1 83 110 0,2-0,6 1-3 12 4,25 30

J2 82 350 0,6-2 1-3 12 4,25 30

J3 81 264 0,6-2 3-10 12 4,25 30

J4 43 284 0,6-2 3-10 12 4,25 30

Orientació de l’eix del túnel 345º

EIX SINCLINAL

E 0 --- 0,2 > 20 12 4,25 30

J1 83 110 0,2-0,6 1-3 12 4,25 30

J2 82 350 0,6-2 1-3 12 4,25 30

J3 81 264 0,6-2 3-10 12 4,25 30

J4 43 284 0,6-2 3-10 12 4,25 30

Orientació de l’eix del túnel 340º En el dimensionament del sosteniment per al cosit de falles s'han considerat perns d’ancoratge d'expansió, tipus Swellex o semblant de 4 m de longitud, amb càrrega mínima de ruptura de 12 t. S'ha suposat una adherència pern d’ancoratge-terreny de 10 t/m. A més, s'ha considerat una càrrega mínima de ruptura per a les plaques de repartiment de 7 tones. Càlcul de falca de clau El programa UNWEDGE permet determinar l'estabilitat de les falques formades per la intersecció de tres famílies de discontinuïtats i el contorn del túnel o d'aquestes tres famílies i el front d'avanç. Aquestes falques tenen la forma aproximada d'un tetraedre amb una de les cares corba (la constituïda pel contorn del túnel). L'especial disposició d'estrats en aquest túnel fa que es pugui formar un bloc de forma cúbica delimitat per 4 juntes verticals i



l'estratificació. En el càlcul que es realitza a continuació es considera la formació d'un bloc (hexaedre) en clau del túnel format per les dues famílies de juntes verticals J2 i J3 (ambdues inclinant 90º) i el pla d'estratificació E (horitzontal). Els plans verticals es limiten a les seves continuïtats i es considera un espaiat de 2 m. En la figura següent es mostra la geometria del bloc descrit.

N

J2

J3

2m

2m

3m

PLANTA

ALZADO

E

A = 4.0 m2

Vol=12.0m3

El pes del bloc resultant és de:

P = 12,0 m3 x 2,6 t/m3 = 31,2 t

Considerant un factor de seguretat d'1,3, el pes de bloc majorat és de:

Pd = 31,2 x 1,3 = 40,6 t

El nombre de perns d’ancoratge necessari per a estabilitzar aquesta acció és de:

nb = 40,6 / 12 = 3,38 perns d’ancoratge Els perns d’ancoratge es reparteixen en l'àrea:

A = 4,0 m2

Resultant una densitat de perns d’ancoratge de:

3,38 / 4,0 = 0,845 perns d’ancoratge / m2 A més de l'efecte dels perns d’ancoratge, es considera la col·laboració de la capa de segellat de 5 cm de formigó projectat que s'executa prèviament a la col·locació de les encavallades (si escauen) i de la resta del formigó projectat. Es considerarà que les característiques resistents d'aquesta capa corresponen a un formigó jove, amb una resistència al tall de 0,3 MPa. El tallant que pot resistir aquesta capa de formigó projectat s'ha calculat mitjançant l'expressió següent:

N·3

τ· ·e 2·LQ =

on: o Q és el tallant (t/m2) o L és la longitud del costat de la base del bloc (2 m) o e és la grossària de la capa (0,05 m)

o τ és la tensió de tallant considerada per al formigó, és a dir, 30 t/m2 o N és el nombre de costats de la base del bloc (4).

De tot això, resulta un tallant de 8,0 t. El que redueix el nombre de perns d’ancoratge necessaris, de la manera següent:

nb = (40,6 -8,0)/ 12 = 2,72 perns d’ancoratge Resultant una densitat de perns d’ancoratge de:

2,72 / 4,0 = 0,68 perns d’ancoratge / m2

D'aquesta manera, s'obté una malla de perns d’ancoratge a portell d'1,0 m x 1,5 m, (el primer nombre es refereix a la separació dins del pla transversal que conté els perns d’ancoratge i el segon a la seva separació segons l'eix del túnel). En la figura següent es mostra el sosteniment descrit.



Càlcul amb el programa UNWEDGE 3.013 S'ha dividit el túnel en els trams següents: Flanc sud, Flanc nord i Eix sinclinal, en els quals l'estratificació està definida pels plans E1, E2 i E, respectivament. Els càlculs s'han efectuat amb el sosteniment definit en l'apartat anterior. En el quadre següent es resumeixen els resultats obtinguts amb el programa comercial UNWEDGE (Rocscience Inc.).

Tram E1+J1+J2 E1+J2+J3 E1+J1+J3 J1+J2+J3

Posició FS Pes (Tn) Posició FS Pes

(Tn) Posició FS Pes (Tn) Posició FS Pes

(Tn)

Flanc sud

muscle esquerre 13,4 8,5 muscle

esquerre 6,2 7,9 testera esquerre

112,4 1,9 --- --- ---

muscle dret 10,9 2,4 testera

dret 15,1 1,3 muscle esquerre 9,9 2,8 --- --- ---

--- --- --- --- --- --- testera dret 14,8 6,3 --- --- ---

Flanc nord

E2+J1+J2 E2+J2+J3 E2+J1+J3 E2+J1+J4 E2+J2+J4



(Tn) Posició FS Pes (Tn)

testera esquerre 22,8 1,2 muscle

esquerre 4,4 9,1 --- --- --- --- --- --- muscle dret 27,5 1,3

muscle dret 8,4 3,1 muscle

dret 8,3 11,2 --- --- --- --- --- --- --- --- ---

testera dret 49,0 0,8 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

E2+J3+J4 J1+J2+J3 J1+J2+J4 J2+J3+J4 J1+J3+J4



(Tn) Posició FS Pes (Tn)

testera esquerre 42,6 3,4 muscle

esquerre 6,3 0,8 testera esquerre 23,9 1,9 muscle

esquerre 10,1 0,9 testera esquerre 65,3 1,3

muscle esquerre 10,9 1,6 --- --- --- muscle

dret 10,6 2,2 clau 7,7 2,4 muscle esquerre 7,4 1,6

clau 5,6 33,1 --- --- --- testera dret 31,0 0,9 testera

dret 27,9 0,8 testera dret 26,9 1,3

testera dret 26,0 2,2 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

No s'han considerat les falques amb pes inferior a 0,5 t, ja que se suposa que, a causa del seu volum reduït, seran retirades en el sanejament o bé quedaran estabilitzades pel formigó projectat. D'acord amb els càlculs efectuats, la falca pèssima apareix al flanc nord, amb un factor de seguretat de 4,4 i un pes de 9,1 t. En les figures següents es mostra la secció transversal i una perspectiva del cas pèssim.



2.5.12. Tractaments especials A continuació es descriuen les tasques de reforç i estabilització que podrien ser necessàries realitzar al túnel davant de potencials despreniments generalitzats o localitzats afectats per l'excavació. En funció de les situacions que s'analitzen posteriorment aquestes tasques de reforç es realitzaran mitjançant la instal·lació i posada en obra d'alguns dels següents materials:

- Cerchas metàl·liques de perfils HEB-140 i TH-29 amb els corresponents tresillones d'arriostramiento. - Xapa Bernold com a encofrat col·laborant i suport del formigó projectat. - Formigó projectat convencional o reforçat amb fibres i formigó en massa o armat segons convingui per a

l'estabilització i farcit de buits i cavitats. - Elements de presosteniment com a paraigua de micropilot que garanteixi un avenç postdespreniment segur. - Tots els medis auxiliars necessaris per a l'execució d'aquests treballs (fusta i xapa en encofrats, elements

d'apuntalament, equips de gunitado, injecció, perforació, desenrunament i neteja, bombatge, etc.).

a) Situació de despreniment generalitzat en secció d'avenç: Aquests despreniments es produeixen generalment en l'entorn immediat del front d'excavació per plastificació o descompressió dels materials prèviament confinats. Són despreniments importants que tendeixen a créixer a la vertical i que convé tractar-los amb rapidesa i eficàcia per la seva ràpida evolució. A continuació es defineixen les fases recomanades a realitzar en obra per afrontar aquesta situació: 1. Col·locació de encavallades metàl·liques tipus HEB-140 i projecció de formigó sobre-accelerat en les parets

de la cavitat, sense retirar l’enderroc. 2. Farciment de la cavitat amb HM-15, prèvia construcció d’un tapi recolzat en l’ultima cintra. Es retirarà la

mínima quantitat d’enderroc possible i si es necessari s’aportés de l’exterireur. 3. Construcció d’un paraigües de protecció i injecció amb lechada. 4. Demolició del tapi i avanç sota el paraigües mitjançant la col·locació de cintres HEB-140 i tresillones F 32

cada 1,5 m. Es disposaran 2 estacions de mesura de convergències. 5. Es continuarà l’avanç normal després d’haver superat el paraigües i confirmat mitjançant les mesures de

convergència, que l’enfonsament s‘ha estabilitzat.

b) Situació de despreniments localitzats Aquest tipus de despreniments podrien estar provocats per debilitats localitzades al terreny, petites caigudes de blocs descalçats per l'excavació o per l'existència de petites cavitats relacionades amb processos de dissolució en roques carbonàtiques. Per descriure les recomanacions constructives a realitzar en aquests casos es distingiran dues situacions: b.1) Cavitats amb volum inferior a 5 m3

1. El farciment de la cavitat s’efectuarà amb formigó projectat amb fibres tipus HP/25/III/J3 o bé amb formigó en massa tipus HM-25 segons convingui en funció de la forma de la cavitat.

2. Per a cavitats de forma aplanada es recomana l’ús de HA-25 prèvia col·locació d’un encofrat.



b.2) Cavitats amb volum superior a 5 m3

1. Es disposaran cintres TH-29 cada 1,00 m si els sosteniments no les tingues previstes. 2. Es col·locaran xapes Bernold donades suport en les cintres. 3. Es formigonarà la cavitat amb HM-25. 4. Es continuarà amb l’execució normal del sosteniment.

Tant la situació a) com la b) queden descrites en els plànols que s'inclouen al capítol de túnels. 2.5.13. Sosteniment galeria de connexió El sosteniment de la galeria de connexió entre els tubs del túnel s'ha projectat amb els següents elements estructurals:

- Capa de segellament de 5 cm de formigó projectat HP/25/III/J3. - Cerchas TH-29 espaiades 1,0 m. - Dues capes de sosteniment de 10 +10 cm de formigó projectat HP/25/III/J3.

A les seccions d'embrocament des de cada tub del túnel es realitzarà un reforç mitjançant un marc de rigidizació de 0,60x0,60 m i un presosteniment amb construït amb un paraigua de micropilot amb les següents característiques:

- Diàmetre del micropilot de 51 mm - Tub d'acer de 30 mm de diàmetre i 7 mm d'espessor. - 14 m de longitud. - Separació entre eixos de micropilot de 0,40 m. - Extensió del paraigua al voltant de la volta semicircular, sobre una semicircumferència de

3,0 m de diàmetre. L'excavació es podrà realitzar a secció completa amb rozadora. La longitud de passi es limitarà 1 m. L'excavació no podrà començar abans que s'hagi acabat el sosteniment de les seccions del túnel principal. La galeria de connexió s'excavarà en la zona corresponent al massís rocós amb índex RMR entre 45-54 (terreny tipus B) i on els túnels principals es projecten amb un sosteniment tipus II. Precisament del càlcul realitzat amb el sosteniment tipus II s'ha obtingut l'estat de pressions inicial per a realitzar la simulació del sosteniment de la galeria amb el programa d'elements finits PHASE2. Per simular numèricament el procediment constructiu s'han plantejat les fases de càlcul següents:

1. Establiment de tensions inicials al massís. 2. Excavació de la secció completa de la galeria relaxant un 80% l’excavació, similar a la dels

túnels principals. 3. Col·locació de sosteniment fresc (amb un valor de la meitat en els paràmetres de deformació). 4. Simulació del sosteniment endurit.

A la figura següent es mostra l'esquema general del model.

Esquema general del model

A la figura que s'inclou a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment obtinguts en el càlcul, juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment, en termes d'axia-moment, de manera que es pugui comprovar gràficament la validesa. El coeficient de seguretat F = NU / NK obtingut ha estat igual a 5,2.



Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH-29 cada 1.0 m

Cálculo

Quant a les plastificacions del terreny, en la figura següent es mostra en valor del Stregnth Factor (SF) al final de la fase de càlcul. Com es pot comprovar el contorn plastificat comprèn una zona de menys d’un metre.

Diagrama de Plastificació 2.6. EMBROCAMENTS 2.6.1. Embrocament sud L’encaix de la boca sud del túnel de Serinyà ha estat condicionat per l'existència de dues bandes de falla; una pràcticament perpendicular a la traça i l'altra obliqua i que s'encreuen entorn del P.K. 9+510 de l'eix de la calçada esquerra. Associats a aquestes bandes de fractura s'han reconegut materials amb característiques geotècniques desfavorables des del punt de vista de l'inici del túnel en mina. Això ha obligat a situar el pla d'embrocament, que és comú per a ambdós tubs, en l'entorn del P.K. 9+525 de l'eix de la traça, on s'ha considerat que apareix el substrat rocós sa de la formació eocena EM. Les alçàries d'excavació màximes són de l'ordre de 27 m, la qual cosa suposa un recobriment sobre la clau d'una vegada i mitja el diàmetre del túnel (1,5xD). Els talussos laterals s'excavaran amb pendent continu 1H:1V i el frontal amb 1H:2V, excepte en els 5 m superficials que s'excavaran amb el 1H:1V. Aquesta altura de 5 m coincideix de forma aproximada amb l'espessor reconegut de sòls quaternaris i de roca més meteoritzada. Es procedirà a tractar els talussos laterals mitjançant una capa de formigó projectat de 15 cm de grossària i una malla electrosoldada 150x150x16 mm. En la part del talús frontal amb pendent 1H:2V s'afegirà a aquest tractament un reforç amb perns d’ancoratge de 25 mm de diàmetre i 4 m de longitud en una malla de 3x3 m a portell. Fins a una altura de 5 m s'instal·laran drens californianos concentrats en les zones de fractura del massís rocós.



Per a limitar la cota vermella del desmunt s'ha projectat un túnel artificial, de 72,86 m de longitud al tub esquerre i de 71,83 m en el dret. A la zona ocupada pel túnel artificial es restituirà la topografia original del terreny realitzant el rebliment corresponent; a la zona del tàlveg interceptat el rebliment arribarà a una cota superior a les cotes originals del terreny a fi de facilitar el drenatge superficial. El talús frontal d'aquest rebliment en la part inicial del túnel s'ha fixat amb un pendent 3H:2V, per a aconseguir una correcta integració de la boca. A l'extrem del túnel artificial s'han projectat aletes en forma de bec de flauta que acompanyen el vessament frontal indicat abans. 2.6.2. Embrocament nord A la boca nord, el tub esquerre se situa en paral·lel i molt prop de l'eix d'un tàlveg i igual que a la boca sud s'han reconegut sòls i roques toves associats a zones de fractura. A fi de realitzar l'embrocament lluny d'aquestes zones i amb almenys un recobriment d'un diàmetre de roca sana sobre la clau dels túnels, les boques en mina dels dos tubs s'han projectat amb un desfasament entre elles d'uns 74 m en la direcció de l'eix. Amb els túnels artificials aquesta diferència es redueix a la meitat (uns 37 m). Les alçàries d'excavació màximes són de l'ordre de 25 m en el tub esquerre i de 22 m en el dret, la qual cosa suposa un recobriment sobre la clau entre 1,3 i 1,1 vegades el diàmetre del túnel. Tots els talussos s'excavaran amb pendent 1H:2V, excepte en els 5 m superficials que s'excavaran amb el 1H:1V. Aquesta altura de 5 m coincideix de forma aproximada amb l'espessor reconegut de sòls quaternaris i de roca més meteoritzada. Es procedirà a tractar els talussos mitjançant una capa de formigó projectat de 10 cm de grossària i una malla electrosoldada 150x150x16 mm. En la part dels talussos amb pendent 1H:2V s'afegirà a aquest tractament un reforç amb perns d’ancoratge de 25 mm de diàmetre i 4 m de longitud en una malla de 3x3 m a portell. Fins a una altura de 10 m s'instal·laran drens californianos concentrats en les zones de fractura del massís rocós. Per a limitar l’altura del desmunt s'ha projectat un túnel artificial, de 80,96 m de longitud al tub esquerre i de 46,31 m en el dret. A la zona ocupada pel túnel artificial es restituirà la topografia original del terreny realitzant el rebliment corresponent. Per a aconseguir una distribució de càrregues simètrica sobre el túnel artificial del tub dret, s'ha projectat un mur d'escullera paral·lel pel seu costat esquerre que reté el rebliment fins a la cota 202,0. El talús frontal d'aquest rebliment en la part inicial del túnel s'ha fixat amb un pendent 3H:2V, per a aconseguir una correcta integració de la boca. A l'extrem del túnel artificial s'han projectat aletes en forma de bec de flauta que acompanyen el talús frontal indicat abans. 2.7. REVESTIMENT A causa de la naturalesa dels materials existents en el massís, aquest revestiment col·laborarà a mitjan i llarg termini, juntament amb el sosteniment, a resistir les pressions addicionals que es generaran per fluència. En aquest apartat s'analitza el conjunt estructural format pel sosteniment i el revestiment enfront de les sol·licitacions a les quals estarà sotmès durant la seva fase de servei, és a dir durant la vida útil del túnel. S'ha considerat com a vida útil del túnel un període de 100 anys.

Les sol·licitacions a les quals estarà sotmesa l'estructura del túnel seran les següents:

- Pressions inicials, P0, del terreny originades durant la fase d'excavació del túnel. - Pressions, ΔP0, del terreny diferides en el temps, originades per fluència del terreny.

L'efecte de les pressions P0 ha sigut estudiat en els apartats anteriors corresponents al sosteniment. Aquestes pressions estan suportades pel sosteniment del túnel. Per a l'estudi dels efectes de les càrregues diferides en el temps sobre els elements resistents del túnel s'ha analitzat únicament el cas corresponent a K0 = 1,30, ja que és més desfavorable que el cas K0. = 0,50 Es considera que l'estructura resistent que suportarà els efectes de ΔP0 serà la formada únicament pel revestiment, prescindint del sosteniment, que ja es troba treballant pròxim a la seva capacitat estructural. Com a factor de fluència s'ha considerat el determinat segons les mesures efectuades en 30 túnels instrumentats recollits per B. Singh i R.K. Goel en “Rock mass clasification. A practical aproach in Civil Engineering”. Elsevier. 1999.

D'acord amb els autors esmentats el factor de fluència, f”, es pot determinar d'acord amb l'expressió:

f” = log (9,5 log t0,25)

sent t el temps transcorregut després de la instal·lació del sosteniment, expressat en mesos.

En la determinació de ΔP0, s'ha considerat que el revestiment del túnel es realitza un any després del sosteniment inicial i que la vida útil del túnel és de 100 anys. Amb aquesta hipòtesi

ΔP0= P0 . [log (9,5 . 12120,25) / log (9,5 . 120,25)-1]= 0,40 . P0

sent P0 la pressió inicial del terreny sobre el sosteniment. En definitiva:

ΔP0 = P0 x 0,40

Com a valor de P0 s'han pres els esforços més desfavorables dels obtinguts en els càlculs dels sosteniments (sosteniment III amb axial màxim de 3259 kN). L'axial que sol·licitarà el revestiment és:

NK, ΔP0 = 3259 x 0,40 = 1303 kN (axial per fluència del terreny) Adoptant un coeficient de majoració d'accions d'1,5, l'axial de disseny és: Nd, ΔP0 = 1303 x 1,50 = 1955 kN Aquest esforç pot ser resistit amb una capa addicional al sosteniment de formigó projectat d'uns 15 cm de grossària (NU = 0,85 x FCK / 1,5 x 0,15 = 2125 kN), o bé amb un revestiment de formigó en massa executat amb carro, amb un grossària de 30 cm (NU = 0,85 x FCK / 1,5 x 0,30 = 4250 kN), ambdós amb FCK = 25 MPa.



Una estimació del cost unitari d'ambdues solucions és la següent:

Alternativa 1. Revestiment de formigó projectat + panells d'acer vitrificat

m2 Formigó projectat de 15 cm de gruix mínim, de 25 N/mm2 de resistència, amb un 4% de microsílice i 45 kg/m3 de fibra d'acer, col·locat en túnel, en zones de sosteniment sense encavallades, inclòs sobregruix i rebot 61,69 €

m2 Revestiment de paraments amb panells d'acer vitrificat en hastiales i xapa ondada d'alumini canatlizació de gotejos en clau 71,07 €

Total 132,76 €

Alternativa 2. Revestiment de formigó en massa + impermeabilització

m2 Revestiment de formigó HM-25 de 30 cm de gruix amb superfluïdificant, per a volta de túnel amb sistema d’encofrat autoportant amb ’carro’, inclòs col·locació, vibrat i curat 54,82 €

m2 Membrana de polietilè reticular reforçat de 6 mm de gruix, inclòs pèrdues per retalls i encavalcaments, per a impermeabilització del túnel, totalment col·locada 21,65 €

Total 76,47 €

En ambdues solucions es preveu la impermeabilització del túnel. En el cas de revestiment amb formigó projectat mitjançant la instal·lació de panells d'acer vitrificat en murs laterals, per millorar l'estètica i lluminositat del túnel, i xapa ondulada d'alumini en clau que evita que els gotejos que es generin al sostre del túnel afectin la calçada o a les instal·lacions de seguretat i control del túnel. En el cas del revestiment de formigó s'interposa una làmina de polietilè entre el sosteniment i el revestiment que condueix les filtracions cap a un tub col·lector situat en la base de cada mur lateral. De les dues opcions anteriors es tria, pels seus majors avantatges estructurals i menor cost, la de revestiment de formigó en massa de 30 cm de gruix executat amb carro. 2.8. AUSCULTACIÓ Les aspectes relacionats amb l’auscultació del túnel s’analitzen en l’annex nombre 32. 2.9. TÚNELS ARTIFICIALS A la següent taula es presenta un resum amb els PK's i les longituds dels túnels artificials projectats al túnel de Serinyà:

Boca sud Boca nord PK inici PK final Longitud* PK inici PK final Longitud*

Tub esquerre 9+458,15 9+531,01 72,86 9+941,05 10+022,02 80,96 Tub dret 9+455,18 9+527,01 71,83 10+006,05 10+052,36 46,31

* No es comptabilitzen els pics de flauta.

La secció útil del túnel artificial reprodueix la definida per al túnel en mina mitjançant una semicircumferència de 6,45 m de radi. Estructuralment, les seccions de túnel artificial estan constituïdes per una volta de formigó armat de 0,50 m cant, construïda in situ mitjançant diversos mòduls o anells longitudinals fins a completar la longitud total. La volta descansa directament sobre sengles muretes que fan d'hastiales. El conjunt queda fonamentat mitjançant dues sabates corregudes paral·leles a l'eix del tub fins a l'embrocament del túnel en mina. La cubrición dels falsos túnels es realitzarà amb dos materials diferents:

1. El primer serà un material de rebliment tipus E-3 especial amb terra seleccionat compactat al 98% de la

densitat màxima Proctor Modificat. Aquest rebliment trasdosará les voltes fins a aconseguir una altura sobre la clau d'1 m.

2. El segon material es disposarà sobre el primer amb la finalitat de reposar la topografia original prèvia al desmunt. Aquest material procedirà de la pròpia traça i serà compactat al 90% de la densitat màxima Proctor Modificat.

Durant les operacions de rebliment es prestarà especial atenció a què no es produeixin situacions de càrrega asimètrica sobre la volta ni trànsit de maquinària sobre ella, segons l'especificat en plànols. El rebliment sobre el túnel artificial formarà un talús frontal de 3H:2V. El túnel artificial queda impermeabilitzat mitjançant l'aplicació d'una emulsió bituminosa a la cara del trasdós de la volta així com mitjançant juntes transversals instal·lades entre cada mòdul. Sobre aquesta impermeabilització es disposarà una làmina drenant de polietilè que conduirà l'aigua infiltrada fins a uns drens longitudinals disposats segons definició de plànols i que incorporaran aquest vessament a la xarxa drenatge. A l'Apèndix 4 d'aquest annex es presenten els càlculs realitzats per a les seccions de túnel artificial. 2.10. DRENATGE Es descriuen a continuació els elements de drenatge projectats per al túnel de Serinyà. A la secció del túnel en mina s'ha distingit la procedència de l'aigua: infiltració a través del massís rocós o abocaments sobre la calçada. En l'apartat de túnels artificials es descriuen els elements d'impermeabilització i drenatge corresponents. Durant la fase de construcció, sobre els talussos provisionals dels embrocaments es construirà una cuneta perimetral que recollirà l'aigua de vessament dels pendents i evitarà que aboquin sobre les excavacions. Els líquids abocats sobre la calçada seran recollits longitudinalment per mitjà d'un caz obert continu de 300 mm de diàmetre i que fa la funció addicional de vorada a la vorera del punt baix de la secció. Cada 50 m es disposa un clavegueró amb la seva corresponent arqueta de connexió al tub col·lector que s'ha projectat longitudinalment, de 400 mm de diàmetre. Quant a les aigües que es filtren pel terreny cap a la secció del túnel en mina, cal assenyalar que els materials travessats són rocosos amb diferents graus de meteorització. Tenen en general una baixa permeabilitat, associada fonamentalment a la fracturación del massís rocós, i l'aigua que es filtri a través d'ell cap a l'interior dels túnels tindrà



un cabal petit i es formaran humectades i degoteigs. Els majors aportaments d'aigua es localitzaran en zones puntuals o trams curts, que coincidiran amb zones de fractures que, sovint, són el contacte entre els diferents graus d'alteració de la roca. Per a la impermeabilització de la secció en mina s'ha projectat la col·locació d'una làmina de polietilè entre el sosteniment i el revestiment. En els punts baixos dels hastiales de disposaran longitudinalment sengles tubs dren de 70 mm de diàmetre que recolliran l'aigua infiltrada entre les esmentades seccions de sosteniment i revestiment. Cada 25 m de longitud un altre tub de 70 mm de diàmetre conduirà l'aigua dels tubs dren cap al tub col·lector general de 400 mm S'ha realitzat una estimació de l'aigua que pot infiltrar-se al túnel mitjançant el mètode d'Heuer (publicació "Manual de túnels i obres subterrànies", López Jimeno, Madrid 1977, pàg. 555-556), per al cas de recàrrega vertical, en el qual se suposa que no existeix sosteniment (hipòtesi gaire conservadora). El cabal resultant ve donat per la següent expressió:

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⋅⋅π⋅

=

rZ

ln

Hkqs 2

2

on

K = permeabilitat H = Z = altura de l'aqüífer (s'ha pres igual a 15 m) R = radio de l'excavació (s'ha adoptat r =7 m)

Per al massís de la formació E s'ha assignat en l'apartat d'Hidrogeologia una permeabilitat menor de 0,01 m/dia, per la qual cosa en aquest càlcul s'assigna un valor igual a 0,5 x 10-5 cm/s. El cabal resultant que s'obté és: qs ≈ 0,2 l/min/metro de túnel En qualsevol cas, aquest valor haurà de ser contrastat durant l'execució del túnel. 3. DESCRIPCIÓ DEL TÚNEL DE FARES 3.1. ENCAIX DEL TÚNEL 3.1.1. Característiques generals Tot seguit s'indiquen les principals característiques geomètrics del túnel de Fares.

PP.K.K. de situació del túnel

Boca sud

Començament túnel artificial. Tub esquerre 11+498,65

Començament túnel artificial. Tub dret 11+498,65



Boca nord



Final del túnel artificial. Tub esquerre 12+051,30

Final del túnel artificial. Tub dret 12+041,78

Les longituds de túnel dels PP.KK. anteriors són les següents:

Longituds (m)

Túnel artificial sud. Tub esquerre 8,70

Túnel artificial sud. Tub dret 8,69

Túnel en mina. Tub esquerre. 535,39

Túnel en mina. Tub dret. 525,36

Túnel artificial nord. Tub esquerre. 8,56

Túnel artificial nord. Tub dret. 9,08

Longitud total de túnel esquerre (sense incloure becs de flauta) 552,65

Longitud total de túnel dret (sense incloure becs de flauta) 543,13

El recobriment màxim de terres sobre túnel és de 32 m per a ambdós tubs. 3.1.2. Disseny de la secció transversal La secció transversal és igual a la descrita anteriorment per al túnel de Serinya, per la qual cosa val tot l'indicat per a aquest túnel en apartats anteriors. 3.1.3. Mesures de seguretat L'aplicació de les Especificacions tècniques per l'equipament de túnels de la Direcció General de Carreteres implica l'adopció d'una sèrie de mesures estructurals que afecten, quant a l'obra civil, als túnels que superen els 500 m de longitud. Aquestes mesures són les següents:

- Es projecten els encreuaments de la mitjana fora de cada boca, de manera que els serveis d'emergència poden accedir a qualsevol dels dos tubs.



- S'han projectat connexions transversals per a l’accés de vianants entre els túnels, de manera que funcionen com a sortides d'emergència cap a un dels tubs quan en l'altre es produeixi un accident.

Perquè la distància entre les sortides sigui menor que els 500 m requerits, l'única connexió transversal s'ha projectat en els punts quilomètrics 11+775,2 i 11+770,0, segons si s'empra el quilometratge del tub esquerre o dret, respectivament. La galeria de connexió té un traçat en planta recte amb una longitud de 28,2 m. La secció transversal útil d'aquesta galeria s'ha projectat mitjançant un arc de mig punt de 2,6 m de radi sobre murs verticals de 2,5 m d'altura, per la qual cosa l’alçària fins a la clau és de 5,1 m. S'han projectat sengles recintes estancs en els nínxols d'accés de cada tub. A més d'aquestes mesures de seguretat estructurals, tots els túnels requereixen altres instal·lacions de seguretat que no incideixen directament a l'obra civil del túnel. El disseny d'aquestes instal·lacions és l'objecte de l'Annex núm. 28 d'aquest projecte, dedicat a les Instal·lacions de túnels. 3.2. CARACTERÍSTIQUES GEOLÒGIQUES 3.2.1. General El túnel de Fares s'excavarà íntegrament en la Formació PT1, que són dipòsits del ventall al·luvial de Tortellà, d'edat Pleistocè Inferior. Aquest, juntament amb el ventall al·luvial d'Argelager, és un dels grans ventalls al·luvials que en el Pleistocè es van instal·lar al peu dels relleus pirinencs en aquesta àrea del vessant sud del Pirineu. Les característiques sedimentològiques observades indiquen que es tracta de dipòsits fluviotorrencials aportats pels rius Fluvià, Llierca i Borró cap a la conca lacustre de Banyoles. Aquests materials tenen una potència a la zona del túnel de almenys 50 m segons la bibliografia i descansen discordants sobre margues lutítiques grises i gresos d'edat Eocena i centenars de metres de potència. Els materials de la Formació PT1 presenten un grau de cementació molt variable que, en general, augmenta amb la profunditat transformant la roca conglomeràtica dels nivells inferiors fins a un sòl granular gruixut a la seva zona superior. 3.2.2. Litologia Segons les seves característiques litològiques s'ha dividit la Formació PT1 en tres unitats amb vista a la caracterització geològica i geotècnica del túnel de Fares. El principal factor diferenciador entre les tres litologies és el grau de cementació, ja que el material original és comú i es tracta de sediments fluviotorrencials que van formar un gran ventall al·luvial amb graves, sorres i llims i amb nivells intercalats ocasionals on poden predominar els llims i les sorres.

Aquests materials presenten cicatrius erosives internes i estratificacions encreuades. D’acord amb el grau de cementació s'han distingit les següents unitats litològiques ordenades segons el seu grau de cementació i distribució espacial des de superfície cap a zones profundes. Unitat GRSC. (Graves sorrencllimoses sense cementar). La seva litologia correspon a còdols i graves de

color marró clar amb una matriu sorrencllimosa o argilosa i nivells ocasionals localitzats de llenties sorrencargiloses. Són els materials superficials i segons les percussions dels assaigs SPT es presenten sense cementar formant un sòl granular de dens a molt dens. En profunditat augmenta progressivament la densitat fins a transformar-se en la unitat infrajacent. El gruix de la unitat superficial oscil·la entre 15 i 25 metres i s'ha interpretat que apareixerà en bona part de la zona d'influència del túnel, considerant-hi la banda de material que es disposa entre la clau i 10 m per damunt d'aquesta. Concretament, apareix en tota o en gran part de la zona d'influència en dos trams:

- Origen d'ambdós tubs (P.K. 11+508) fins al P.K. 11+735 del tub dret i el P.K. 11+745 del tub esquerre. - Des del P.K. 11+850 al tub dret i des del P.K. 11+880 del tub esquerre, fins al final d'ambdós tubs

(P.K. 12+043). Unitat GRC (Graves sorrencllimoses parcialment cementades). La seva litologia és semblant a la descrita

per a la unitat GRSC, però el seu grau de cementació és major i es produeix sempre el que s'ha descrit com a “rebuig total” en l'assaig SPT que correspon al cas que la cullera de l’SPT pràcticament no clava (5 cm o menys) a causa del grau de cementació de la matriu, encara que en algun cas no es pugui descartar que el rebuig sigui la causa de la presència d'un còdol. En el part baixa de la unitat comencen a aparèixer, de manera progressiva, nivells de roca tova constituïts per gresos i conglomerats marrons amb resistència grau 0-1. Alguns d'aquests nivells s'han pogut observar directament en aflorar a la boca sud del túnel. Són llenties de potència de decimètrica a mètrica, amb disposició subhoritzontal i de la litologia descrita. Aquesta unitat forma una banda subhoritzontal amb un gruix observat d'entre 11 i 18 m i es pot considerar com una zona de transició entre els sòls granulars densos i molt densos suprajacents i la roca conglomeràtica infrajacent. En aquest material s'excavarà la major part del túnel a excepció d'una zona central on entre la solera i la meitat de l'alçària dels testeres apareix el conglomerat infrajacent. També hi ha dues zones en ambdós extrems del túnel, on la clau i part de la secció d'excavació s'excavarà en els sòls granulars suprajacents, i la unitat GRC en la part inferior de la secció.

Unitat CON (Conglomerat). És un conglomerat d'aspecte massiu amb una matriu calcarenítica de color

marró clar. Dins del conglomerat hi ha intercalacions decimètriques menys cementades. La seva resistència és grau 1-2 encara que pot existir alguna intercalació de resistència grau 0. En conjunt es considera una roca amb resistència tova a mitja-baixa amb algun nivell poc cementat. Aquest material s'ha observat en afloraments en els fons d'un barranc situat a la boca sud i en la part més baixa de diversos sondeigs on, per la seva naturalesa granular gruixuda, no es podran obtenir testimonis de roca que poguessin ser assajats. La unitat CON apareix al llarg d'uns 100 m en la solera de la part central del túnel on, com a màxim, s'excavarà en la meitat inferior de la secció i la resta s'excavarà en la unitat GRC suprajacent.

3.2.3. Estructura Els materials en el túnel de Fares presenten una estructura senzilla en què es poden diferenciar dos tipus segons les



seves característiques litològiques. En la unitat GRSC i la part superior i menys cementada de la GRC l'estructura és massiva, corresponent a un gran paquet de sòls granulars gruixuts sense cementar o poc cementats en els quals no s'aprecia la disposició de les capes o paquets, però es dedueix que és subhoritzontal. En la unitat CON i la part de la unitat GRC més cementada la disposició de les capes és subhoritzontal i en conjunt el seu aspecte és massiu. La disposició de les capes només s'aprecia en les petites intercalacions lenticulars cementades de nivells de gres que inclou la massa conglomeràtica. En els materials conglomeràtics no s'observen famílies definides de juntes, que són molt escasses, de poca continuïtat i no presenten un patró d'orientació definit, i dóna al conjunt del material l'aspecte massiu ja descrit. En un talús pròxim de la C-66 s'observa una intercalació d'un potent paquet lenticular de toves calcàries i gresos amb disposició horitzontal i aspecte massiu. En aquest material sí s'aprecien algunes juntes i plans d'estratificació amb cabussament suau. Les dades dels sondeigs i les observacions de camp indiquen que no és d'esperar l'aparició d'aquests materials en cap punt del túnel de Fares. 3.2.4. Hidrologia En la campanya geotècnica realitzada per a la redacció del projecte de construcció es van realitzar mesures dels nivells d'aigua en tots els sondeigs mitjançant la instal·lació de canonades de PVC a manera de piezòmetres oberts. Els mesuraments indiquen que el nivell freàtic està situat sempre almenys un metre per sota de la cota de la solera a la zona central del túnel i augmenta a profunditats majors cap a les boques. S'ha interpretat que a l’embrocament sud la posició de nivell freàtic se situa a uns 20 metres per sota de la rasant, probablement relacionat amb la cota d'aigua del riu Ser en aquesta zona. A la boca nord el nivell d'aigua s'ha interpretat una desena de metres per sota de la cota de rasant i està relacionat amb la posició del nivell freàtic a les terrasses altes del riu Fluvià, segons indica una mesura presa en un pou pròxim (pou 29). En el quadre següent es resumeixen les mesures del nivell freàtic preses en els sondeigs i en un pou de la zona. Basant-se en aquestes i en alguna dada més s'ha realitzat la interpretació del nivell freàtic que apareix als perfils geologicogeotècnics. Els sondeigs s'han ordenat segons la progressiva.

SONDEIGS PROFUNDITAT NIVELL FREÀTIC

COTA NIVELL FREÀTIC

S-26 SEC <139,6

S-27 SEC <146,2

S-33 SEC <166,7

S-28 39,6 m 146,4

S-29 SEC <156,9

POU 29 7,5 m 130,5

En l'apartat d'hidrogeologia de l'Annex núm. 8 s'han detallat les característiques i paràmetres hidrogeològics del tram. Els túnels de Fares s'excavaran en un massís rocós format a la seva zona inferior, considerant la cota de la rasant aproximadament, per conglomerat massiu poc fracturat i a la seva zona superior, per sòls granulars gruixuts de cementació variable i naturalesa massiva. La part inferior es considera un aqüitard amb transmissivitat de 10-100 m2/dia i una permeabilitat de 0,01-1 m/dia. La part superior, que no conté aigua subterrània, seria un aqüífer lliure amb transmissivitats estimades de 50-100 m2/dia i permeabilitat d’1-10 m/dia. Amb aquestes característiques i en base essencialment a la posició relativa del nivell freàtic respecte al túnel es considera que al túnel no hi apareixerà aigua subterrània, ja que el nivell freàtic està situat per sota de la cota de la rasant. En períodes de pluges excepcionals, potser només en un curt tram de la zona central del túnel, el nivell pot quedar lleugerament per damunt de la cota de rasant. En qualsevol cas la pujada del nivell freàtic seria molt limitada atesa la petita zona de recàrrega. Es creu que la construcció del túnel no provocarà cap tipus d'afecció en l'hidrogeologia de la zona. 3.2.5. Classificació del massís rocós A causa de la mateixa naturalesa del material no ha procedit la classificació del massís rocós del túnel de Fares d'acord amb les classificacions de massissos rocosos existents (índexs, RQD, RMR, Q, GSI, etc.). Aquest tipus de classificacions només serien aplicables al material conglomeràtic (unitat CON) que apareix de forma escassa a la zona més inferior de la part central del túnel. A més la mateixa naturalesa del material conglomeràtic (unitat CON) ha dificultat l'obtenció d'un nombre mínim de dades que permetés realitzar-ne la classificació pels motius següents:

- En els sondeigs on s'ha aconseguit la unitat CON s'ha observat l'existència de nivells menys cementats en els quals no procedeix la mesura de l’RQD i altres paràmetres. En els nivells cementats de conglomerat quan s'ha pogut mesurar l’RQD aquest és sempre nul però es creu que és a causa de l'efecte pertorbador i al factor escala de la pròpia perforació.

- Les observacions de camp es limiten a afloraments en els barrancs i vessants de la zona de la boca sud

dels túnels. Allí s'observa una roca massiva, amb nivells menys cementats, però que en general ha de tenir un RQD alt, estimat en, almenys, un 80 %.

- La baixa qualitat del testimoni obtingut en els sondeigs a la zona on apareix la unitat CON ha impedit la

realització d'assaigs de laboratori en aquests materials. Per aquests motius s'ha considerat que no és possible l'aplicació de les classificacions del massís rocós, ni tan sols en els materials conglomeràtics i es creu més convenient parlar de “caracterització de massís rocós” basant-se en criteris de l'assaig SPT i dels assaigs pressiomètrics, que sí que indiquen diferents categories “mesurables” del material amb vista a la construcció dels túnels. Per diferenciar les tres unitats geotècniques del massís rocós s'ha pres com a base les observacions directes del



terreny, excavació de sondeigs, descripció dels testimonis dels sondeigs, resultats dels assaigs SPT i pressiomètrics i, finalment, resultats dels escassos assaigs de laboratori realitzats sobre material de la formació PT1 obtingut en zones del tram pròximes als túnels de Fares. 3.3. CARACTERÍSTIQUES GEOTÈCNIQUES 3.3.1. Paràmetres d’identificació i estat Com s'ha indicat en apartats anteriors la formació PT1, per al projecte del túnel, s'ha subdividit en les unitats següents:

• GRSC (graves sense cementar). • GRC (graves cementades) • CON (conglomerats)

Aquestes unitats estan compostes per un material comú, i es diferencien únicament pel grau de cementació que presenta. A causa de la naturalesa d'aquests materials és difícil l'obtenció de mostres inalterades o testimonis de roca adequats per a la realització d'assaigs de laboratori. No obstant això, en els materials menys cementats, unitat GRSC, s'han realitzat els assaigs següents i els resultats dels quals es mostren també a la taula.

GRSC

Paràmetre Valor mitjana

Rang de variació Núm. dades


Humitat natural (%) 8,7 19,2 - 3,9 14


Granulometria % fins 23 69 - 7 14

% sorra 36 47 - 18 14 % grava 41 66 - 0 14

Anàlisis químics M.O. (%) 0,21 0,41 - 0,06 4

Sals solubles (%) 0,06 0,13 - 0,04 5

Els assaigs anteriors es refereixen únicament a les prospeccions efectuades a la zona del túnel (C-33, C-36, C-38, S-26, S-27, S'i-28 S-29). A causa de la dificultat d'assajar les mostres amb grava, s'estima que els assaigs granulomètrics han sobrevalorat les proporcions de sorra o fins en detriment de la fracció més gruixuda. Una estimació més realista de la granulometria mitjana d'aquests materials seria l'obtinguda únicament amb els assaigs efectuats en les cales. La mitjana d’aquests és la següent:

% fins 13 % sorra 32 % grava 55

Quant a la densitat seca s'estima que el valor real està entorn de 2,00 g/cm3. La humitat mitjana és del 9% amb la qual cosa la densitat natural corresponent és d'uns 2,18 g/cm3. En la fracció de fins s'han obtingut els límits d'Atterberg. D'un total de 8 assaigs 1 ha resultat no plàstic, mentre que els altres 7 han proporcionat els valors mitjans de LL = 18 i IP =8. La fracció fina correspon, per tant, a llims o argiles de baixa plasticitat. En la unitat de graves cementades GRC no es disposa d'assaigs, mentre que en la de conglomerats, CON, es compta amb els assaigs realitzats en un testimoni de roca, encara que d'un sondeig situat fora de l'àmbit del túnel. Els resultats obtinguts són:

Sondeig Testimoni Profunditat (m) Litologia Humitat

(%) D, seca (g/cm3)

Resistència a compressió

simple (MPa)

Resistència a tracció (MPa)

S-23 T-2 15,00 Conglomerat 1,1 2,60 70 4

Tenint en compte això, per al disseny del túnel i a l'efecte d'obtenir càrregues i tensions sobre els sosteniments, s'adoptaran els valors de la densitat següents:

Valors recomanats per al càlcul del túnel

Paràmetre GRSC GRC CON

Densitat seca (g/cm3) 2,00 2,30 2,60

Humitat natural (%) 9,0 5,0 1,0

Densitat natural (g/cm3) 2,20 2,40 2,65

3.3.2. Classificació del massís rocós El massís on s'excavarà el túnel està compost per sòl o roques toves massives on no s'han reconegut juntes o estructures rocoses significatives. Tenint en compte el caràcter massiu d'aquests materials, s'estima que la resistència de la roca matriu i la del “massís rocós” hi seran semblants. 3.3.2.1. Resistència de la unitat GRSC Dins de la unitat GRSC s'han dut a terme assaigs d'estil directe consolidats i drenats sobre tres mostres inalterades. Dos d'aquests assaigs corresponen a mostres de la zona del túnel mentre que el tercer, realitzat en el S-23, hi queda fora. En la figura següent es presenten els resultats obtinguts.



1

1 2

3

3

3

1

2

2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Tensión normal (kPa)

Tens

ión

tang

enci

al (k

Pa)

Envolvente promedio c'=60 kPa phi'= 37º

Envolvente inferior c'=30 kPa phi'= 37º

Assaig núm. Sondeig Mostra Profunditat (m) TIPUS

Material Humitat

(%) D, seca (g/cm3) LL %

grava %

sorra % fins

1 S-27 2 12,6 CL-ML 16,2 1,66 25 0 31 69

2 S-28 2 9,0 GC 5,6 1,88 23 44 43 13

3 S-23 1 3,6 SC 7,9 1,78 20 21 58 21

Analitzats individualment els punts (σ, τ) dels assaigs, els angles de fricció i cohesions obtinguts són:

Assaig núm. % grava c’(kPa) φ’ (º)

1 0 25 46

2 44 92 31

3 21 31 37

En els resultats anteriors destaca el fet que l'assaig sobre la mostra amb menor percentatge de fins i major de grava (assaig 2) proporcioni el menor angle (31º) mentre que la de major percentatge de fins i menor de grava (assaig 1) sigui el que presenti l’angle major (46º). Per la seva banda, la cohesió varia

de forma inversa. Aquestes anomalies s'atribueixen a la dificultat, pel factor d'escala, que presenta la realització dels assaigs d'estil convencionals en augmentar el percentatge de graves de les mostres. De l'anterior es dedueix que els assaigs 2 i 3 són anòmals en infravalorar la resistència d'aquests materials. S'estima que en ambdós casos, per la granulometria, i tenint en compte l'angle de l'assaig 1, els angles de fricció haurien d'estar per damunt dels 45º. Independentment de l'anterior es pot ajustar, del costat de la seguretat, una envoltant mitjana de resistència per al conjunt d'assaigs definida pels paràmetres següents: Envoltant mitjana c’ = 60 kPa φ’ = 37º Així mateix, el conjunt de punts queda limitat per una envoltant inferior definida pel mateix angle de fricció i per una cohesió meitat de l'envoltant mitjana: Envoltant inferior c’ = 30 kPa φ’ = 37º Es recomana l'ús d'aquesta última envoltant per a caracteritzar, del costat de la seguretat, la resistència de la formació GRSC en els càlculs per al disseny del túnel. 3.3.2.2. Resistència de la unitat CON En l'unitat CON, descrita en els sondeigs i afloraments com de resistència grau 2, es disposa de l'assaig realitzat sobre el testimoni T-2 del sondeig S-23.

Sondeig Testimoni Profunditat (m)

Humitat (%)

D, seca (g/cm3)

Resistència a compressió

simple (MPa)

Resistència a tracció (MPa)

S-23 T-2 15,00 1,1 2,60 70 4

En aquest cas per a estimar c' i φ’ es partirà d'un model de ruptura de tipus Hoek-Brown que posteriorment es linealitzarà. L'envoltant de ruptura de tipus Hoek-Brown del massís té l'expressió següent:

σ1 = σ3 + (m . σ3 . σc + s . σc2)0,5

on: σ1 i σ3 són les tensions principals, major i menor, d'un cercle de ruptura σc és la resistència a compressió simple de la roca intacta m i s són els paràmetres que defineixen l'envoltant de ruptura del massís

Per a la roca matriu el paràmetre s és igual a 1 i l'envoltant de ruptura de la roca té com a expressió:

σ1 = σ3 + (mi . σ3 . σc + σc2)0,5

sent mi el paràmetre que defineix l'envoltant de ruptura de la roca intacta.



En l'assaig brasiler, o de tracció indirecta, els valors de σ3 i σ1, en el moment de trencar la proveta,

valen -σb i 3σb, respectivament. Substituint aquests valors en l'expressió de l'envoltant i operant s'obtenen les relacions següents: mi = [1 - 16 K2 ] / K [1] on: K = σb / σc En aquest cas K = 4 / 70 = 0,057, amb la qual cosa resulta mi =16,6. Segons la literatura tècnica el valor del mi per a conglomerats sol estar comprès entre 18 i 21 i en gresos entre 13 i 21. S'adoptarà mi = 16. Per a estimar la resistència del massís els valors m i s s'obtenen mitjançant les correlacions següents amb el GSI (Geological Strength Index): m = mi .exp [GSI-100)/28] s = exp [(GSI-100)/9] D'acord amb els registres dels sondeigs i les observacions realitzades en els afloraments es pot adoptar GSI = 70, per la qual cosa resulta:

m = 5,48

s = 0,0357 Com a valor de la resistència a compressió de la roca intacta es prendrà σc = 25 MPa. Mitjançant el programa Rocklab, i amb els paràmetres anteriors, s’ha linealitzat l'expressió de Hoek per a les tensions de confinament que s'estima que es produiran durant l'excavació del túnel. Els valors resultats obtinguts són:

c’ = 626 kPa φ’ = 58º En la figura següent es pot veure de manera gràfica l'esmentat ajust.

3.3.2.3. Resistència de la unitat GRC Per determinar la resistència de la unitat GRC no es disposa d'assaigs específics a causa de la impossibilitat d'obtenir mostres o testimonis adequats. D'acord amb les columnes dels sondeigs s'interpreta que es tracta de roques toves amb resistències grau 0 -1 (σc 1 a 5 MPa). En aquest cas es pot fer una anàlisi semblant a l’efectuat per a la unitat CON adoptant els valors següents per a l'envoltant d'Hoek: mi = 10 σc = 2 MPa GSI = 70



dels quals s'obté: m = 3,425 s = 0,037

c’ = 110 kPa φ’ = 40º

3.3.2.4. Resum de resistència a adoptar en els càlculs del túnel

Valors recomanats per al càlcul del túnel

Paràmetre GRSC GRC CON

Cohesió c’(kPa) 30 110 626

Angle de fregament φ’ (º) 37 40 58

3.3.3. Deformabilitat del massís rocós Per conèixer la deformabilitat d'aquests materials, s'han efectuat assaigs presiomètrics en els sondeigs, els resultats dels quals han sigut els següents:

Sondeig Profunditat Unitat litològica Característiques

Mòdul de tall

G (MPa)

Mòdul de deformació

E (MPa) S-26 15 GRC Grava sorrenca cementada 271 703 S-27 22 GRC Grava sorrenca molt densa 223 581 S-29 22 GRC Grava sorrenca molt densa 63 164 S-28 28 GRC Sorra i grava cementada 72 186 S-28 33 GRC Sorra i grava cementada 250 650 S-28 5 GRSC Grava sorrenca mitjanament densa 13 33 S-29 5 GRSC Grava sorrenca densa 9 25 S-27 5 GRSC Grava sorrenca molt densa 20 52

A partir dels resultats anteriors es poden adoptar els valors de càlcul següents:

Valors adoptats per al càlcul del túnel

Paràmetre GRSC

Tipus A (profunditat > 10 m)

GRSC Tipus B (profunditat ≤ 10

m) GRC CON

Mòdul d'elasticitat del massís E (MPa) 100 50 150 750

Coeficient de Poisson ν 0,30 0,30 0,30 0,30



3.3.4. Resum de paràmetres geotècnics de càlcul

Unitat litològica Densitat Natural (g/cm3)

Resistència del massís Deformabilitat del massís

c’ (kPa)

φ’ (º)

σC

(MPa) m s E (MPa) ν

GRSC Tipus A (profunditat > 10 m)

2,20 30 37 --- --- --- 100

0,3 GRSC

Tipus B (profunditat ≤ 10 m) 50

GRC (graves cimentades) 2,40 110 40 2 3,425 0,037 150 0,3

CON (conglomerats) 2,65 626 58 25 5,480 0,037 750 0,3

3.4. EXCAVACIÓ S'ha previst que l'excavació es realitzi en tres fases: avanç, destrossa i contravolta. L'alçària de la secció d'avanç ve marcada per la necessitat de disposar d’un gàlib mínim per al treball de la maquinària d'excavació i desenrunament. Aquest gàlib s'ha fixat en 6,00 m, mesurat des de l'extradós del revestiment. La destrossa ocuparà la resta de la secció del túnel fins a la cota de suport del sosteniment. El sector circular comprès entre el fons de l'excavació i la cota anterior constitueix l'excavació en contravolta. Tenint en compte la naturalesa dels materials que es trobaran, l'excavació es podrà efectuar, en general, amb mitjans mecànics. S'estima que únicament serà necessari l'ús d'explosius, com a ajuda a l'excavació mecànica, a les zones del conglomerats (unitat CON) que apareixeran a la zona central del túnel. La longitud màxima d'excavació de la secció d'avanç, com es veurà posteriorment, estarà compresa entre 1 i 1,5 m. Per a la fase de destrossa, la longitud de passada es pot incrementar fins al doble de la longitud d'avanç. La destrossa es dividirà en dues meitats, que s'executaran decaladament, amb una distància mínima de 10 m. Amb caràcter orientatiu i per motius d'operativitat constructiva la separació entre les fronts d’excavació en avanç i destrossa se separaran una distància d'almenys 50 m. A les zones amb predomini de la unitat GRSC en l'avanç o sobre aquest serà necessari realitzar un presosteniment del front. Per realitzar-lo es proposa l'execució d'un paraigua de micropilons, de distints diàmetres i separacions perimetrals segons la qualitat dels materials. La realització d'un presosteniment implica el coneixement del terreny per davant del front. Com a mètode de reconeixement es proposa la realització de sondeigs horitzontals sistemàtics aprofitant les aturades setmanals en l'excavació.

3.5. SOSTENIMENT 3.5.1. Introducció L'estimació dels sosteniments necessaris s'ha realitzat mitjançant models numèrics d'elements finits que tracten de simular les condicions geologicogeotècniques dels terrenys a travessar i la seqüència constructiva prevista. En els apartats següents es descriuen els sosteniments adoptats juntament amb els models numèrics justificatius. 3.5.2. Característiques generals dels sosteniments Els sosteniments s'han projectat basant-se en els criteris generals següents:

El sosteniment estarà constituït per formigó projectat amb fibres d'acer, amb diferents grossàries segons les necessitats i que, quan convingui, es reforçarà mitjançant la inclusió de encavallades metàl·liques al seu si i/o perns d’ancoratge.

Les encavallades reticulars formades per perfils laminats TH o HEB. L'acer tindrà un límit elàstic Fy = 340 MPa en les TH-29 i de valor Fy=275 MPa en les HEB.

No s'ha previst l'ús de perns d’ancoratge de forma sistemàtica. En el cas que es requereixi el seu ús com a reforç en alguna zona, i tenint en compte la naturalesa de sòl granular general dels materials, es recomana l'ús de perns d’ancoratge d'adherència amb morter de ciment. A les zones on a causa de la baixa qualitat del terreny la perforació per a la seva instal·lació requereixi apuntalament, es recomana la utilització de perns d’ancoratge autoperforants amb llet de ciment.

En el terrenys de pitjor qualitat que requereixin el presosteniment del front s'utilitzaran un paraigua lleuger de micropilons autoperforants. També s'utilitzarà aquest tipus de micropilons per a fonamentar de forma adequada les potes d'elefant dels sosteniments d'avanç.

3.5.3. Tipus de sosteniment S'han previst els tipus de sosteniment següents:

Tipus de

sosteni-ment

L (m) % sobre la

longitud total del túnel

Condicions d'utilització.

I 298 28% Existència de GRC, o terreny de millor qualitat en avanç i en 0,5 D per damunt de clauII 578,5 55% Existència de GRSC-A en avanç o en 0,5 D per damunt de clau III 104,5 10% Existència de GRSC-B en avanç o en 0,5 D per damunt de clau IV 80 8% Embrocaments

En les seccions tipus de sosteniment s'utilitzaran els elements de reforç que es descriuen en el següent quadre.



Tipus de sosteni-

ment

Excavació Formigó projectat

Perns

Encavallades Paraigua de micropilos

Fases

Longitud de passada (m) e

(cm)

Pata elefant avanç

TIPUS Sepa- ració (m)

S (m) Dp / Dt / et L Sola-

pe Avanç Destrossa (mm) (m) (m)

I A+D+C 1,5 3,0 20 NO NO TH-29 1,5 NO

II (*) A+D+C 1,0 1,0 25 SÍ (**) NO TH-29 1,0 0,50 51 / 30 / 7 8 4

III A+D+C 1,0 1,0 25 SÍ (**) NO TH-29 1,0 0,40 51 / 30 / 7 8 4

IV A+D+C 1,0 1,0 25 SÍ (**) NO HEB-140 1,0 0,50

(doble corona)

175 / 103 / 12,5 20 ---

Notes: (*) Si en la destrossa apareix terreny tipus GRC, o de millor qualitat, la longitud de passada en destrossa es pot augmentar a 2 m i es poden suprimir els micropilos en la pota d'elefant (en qualsevol cas la pota s’ha de mantenir) (**) Cada pota d'elefant anirà recolzada en micropilós; 4 unitats de 175 / 103 / 26 de i longitud L = 6 m i metre de túnel - El formigó projectat serà de tipus HP/25/III/J3.- Les grossàries de formigó projectat indicades són totals, és a dir, inclouen els 5 cm inicials de segellat. - Les fases d'excavació són avanç (A), destrossa (D) i contravolta (C). - Del paraigua s'indica la separació en metres entre micropilós (s), el diàmetre de la perforació (Dp) i el diàmetre i grossària del tub (Dt i et), així com la longitud (L) i el cavalcament entre paraigües consecutius en m.

3.5.4. Hipòtesi de càlcul Per a cada tipus de sosteniment s'han estudiat les diferents situacions quant a l'aparició de tipus de terreny en les diferents zones del túnel. A més, es tindran en compte les hipòtesis de càlcul següents quant a l'estat tensional del massís i els coeficients de relaxació de tensions. Camp de tensions inicials del terreny Es considerarà un camp gravitatori, amb tensions verticals proporcionals a la profunditat i al pes específic del terreny, i tensions horitzontals de valor K0 respecte de les verticals. S'han considerat, tenint en compte les característiques del massís, dos valors extrems per a K0, de valor 0,50 i 1,00. El valor de K0 influeix de manera molt important en la necessitat sosteniment. En els càlculs efectuats el valor pèssim dels esforços sobre el sosteniment s'ha obtingut sistemàticament per a K0 = 1,00. No obstant això, s'han comprovat els sosteniments també per a K0 = 0,50. Aquest últim valor ha resultat el crític a l'hora d'avaluar l'estabilitat per plastificació del terreny. Relaxació de tensions S'estima a partir de models axilsimètrics i model circulars equivalents, de la mateixa manera a com es va indicar per al túnel de Serinyà en apartats anteriors. En aquest cas, per a l'anàlisi de les corbes de relaxació s'han obtingut per a uns quants recobriments de terres a causa de la influència que té en aquest cas aquest factor. A continuació es poden veure les diferents corbes obtingudes.



TUNEL DE FARES. CALCULOS CON MONTERA MÁXIMA


0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00


% d

e re

laja

cion

GRSC TIPO A GRC CON GRSC TIPO B


0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24


Mov

imie

nto

radi

al(c

m.)



0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%


% re

laja

cion

alc

anza

do




TUNEL DE FARES. CALCULOS CON MONTERA 20 m


0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00


% d

e re

laja

cion

GRSC TIPO A GRSC TIPO B


0.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24


Mov

imie

nto

radi

al(c

m.)



0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%


% re

laja

cion

alc

anza

do






0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00


% d

e re

laja

cion



0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24


Mov

imie

nto

radi

al(c

m.)



0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%


% re

laja

cion

alc

anza

do






0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00


% d

e re

laja

cion



0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24


Mov

imie

nto

radi

al(c

m.)



0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%

100%


% re

laja

cion

alc

anza

do




3.5.5. Característiques dels materials a emprar en el sosteniment Les característiques del formigó projectat i les encavallades són iguals a les indicades per al túnel de Serinyà en apartats anteriors. Quant als micropilós autoperforants per a paraigua i suport de potes l'acer tindrà Fy > 550 MPa. 3.5.6. Sosteniment I S'aplicarà per a qualsevol recobriment de terres quan el material que aparegui en la secció d'avanç i en almenys mig diàmetre de túnel sobre la clau sigui de tipus GRC (grava cementada) o de qualitat superior. El procediment constructiu previst és el següent:


sanejament i neteja del front. - Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de encavallada TH-29 al front. - Projecció de 7,5 + 7,5 cm de formigó. - Inici del cicle. Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud

de passada en aquest cas serà de 3 m. - El cicle de col·locació del sosteniment és igual al de l'avanç indicat anteriorment.


1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,00 o 0,50). 2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'han pres dos valors R = 45 i

R = 85%, segons la situació de càlcul contemplada). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel.


Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació.

Depenent del valor de K0 i de R (percentatge de relaxació de l'avanç) s'han realitzat els següents models de càlcul.


2 85% 0,5

3 45% 1,0

4 85% 0,5

Els valors de la relaxació considerats, de 45% i 85%, són els que segons les corbes característiques per al recobriment màxim (que és on s'aplicarà aquest sosteniment) els corresponen a les litologies GRC i GRSC-A per a la longitud de passada d'1,50 m. Aquests valors són la mitjana de les relaxacions obtingudes al front (d=0) i les obtingudes les longitud de passada (d = 1,50 m). A les figures següents es mostra l'esquema general del model juntament amb el detall de la secció d'excavació en les diferents fases.

Esquema general del model (en Fase 1)

Fase 2.



Fase 3.

Fase 4.

Fases 5.

Fases 6.

A les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment tant en avanç com en destrossa, juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment, en termes d'axial-moment, de manera que es pugui comprovar gràficament la validesa. Els valors representats són valors “característics” (NK i MK). Les envoltants de ruptura dels sosteniments s'han obtingut amb la minorització de les resistències dels materials, és a dir són resistències últimes (NU i MU). El coeficient de minoració adoptat per al formigó projectat ha sigut d'1,5 i per a l'acer de les encavallades d'1,15. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

SOSTENIMENT TIPUS I

Càlcul núm.

Relaxació Ko



1 45% 1,0 1,60 1,41

2 85% 1,0 3,45 2,33

3 45% 0,5 2,37 2,06

4 85% 0,5 5,09 3,42




SOSTENIMIENTO TIPO I. K0 = 1,00. RELAJ = 45% SOSTENIMIENTO TIPO I. K0 = 1,00. RELAJ = 85%

SOSTENIMIENTO TIPO I. K0 = 0,50. RELAJ = 45% SOSTENIMIENTO TIPO I. K0 = 0,50. RELAJ = 85%

Diagrama M-N

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

M (kN.m)

N (k

N)




Quant a les plastificacions del terreny obtingudes, en la figura següent es mostra en valor de l’Stregnth Factor (SF) al final de la fase d'excavació d'ambdós tubs per al cas pèssim (Càlcul núm. 4).

Plastificació per a Ko = 0,50 i relaxació del 85% (Càlcul núm. 4)

3.5.7. Sosteniment II S'aplicarà quan el material que aparegui en la secció d'avanç i en almenys mig diàmetre de túnel sobre la clau sigui de tipus GRSC-A (grava sense cementar tipus A) o de qualitat superior. Aquest sosteniment s'ha dissenyat per a recobriments de terres compreses entre 15 i 30 m, que és per a les que s'estima que s'aplicarà. El procediment constructiu previst és el següent:

Avanç

- Execució d'un paraigua de micropilons per garantir l'estabilitat del front. El cavalcament mínim entre paraigües consecutius serà de almenys 4 m.

- Excavació de l'avanç amb longitud de passada màxima de 1,0 m, juntament amb el posterior sanejament i neteja del front.

- Projecció de 5 cm de formigó. - Col·locació de encavallada TH-29 al front. - Col·locació de micropilons autoperforants en testeres per al posterior suport de les potes d'elefant. Es

disposaran 4 micropilós en cada avanç d'1 m i en cada testera. La longitud de cada un serà de 6 m. El diàmetre de perforació serà de 175 mm. S'introduiran amb inclinacions alternades respecte de la vertical al pla de la secció d'avanç de 38º i 43º aproximadament. La separació perimetral entre micropilós serà de 0,50 m.

- Projecció de 10 + 10 cm de formigó. - Inici del cicle. Destrossa - La destrossa s'executarà a parts iguals decalades i separades respecte de l'avanç. La longitud de

passada serà d'1 m. En el cas que la destrossa s'excavi íntegrament en materials de tipus GRC o millors es podrà augmentar la passada de destrossa a 2 m i suprimir-se els micropilons de suport de les potes d'elefant. En cap cas se suprimirà la pota d'elefant.

- El cicle de col·locació del sosteniment és igual al de l'avanç indicat anteriorment. Per simular numèricament, amb el programa PHASE2, aquest procediment constructiu s'han plantejat les fases de càlcul següents:

1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,00 o 0,50 i dos recobriments de terres, M =15 m i M = 30 m).

2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 80%, per a M = 15 m i R = 85% per a M = 30 m).

3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel.


Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del valor de K0 i del recobriment considerat M s'han realitzat els següents models de càlcul.

Càlcul núm. Recobriments de

terra M

K0 Relaxació R

1 15 m

1,0 80 %

2 0,5

3 30 m

1,0 85 %

4 0,5

Els valors de la relaxació considerats són els que segons les corbes característiques per als recobriments considerats els corresponen a les litologies GRSC-A i GRSC-B per a la longitud de passada d'1,0 m. Aquests valors són la mitjana de les relaxacions obtingudes al front (d=0) i les obtingudes les longitud de passada (d = 1,00 m).



En les figures següents es mostra l'esquema general del model per als dos recobriments considerats.

Esquema general del model recobriment M = 15 m


Com es pot comprovar, en aquests models s'ha tingut en compte el pendent general del vessant a les zones d'aplicació d'aquest sosteniment així com la disposició dels diferents nivells de materials. El detall de la secció d'excavació de les diferents fases és semblant a l'indicat per al sosteniment I. A les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

SOSTENIMENT TIPUS II

Càlcul núm.

Recobriment de

terres Ko



1 15 m

1,0 5,14 3,27

2 0,5 7,25 4,64

3 30 m

1,0 3,83 2,26

4 0,5 5,15 3,18




SOSTENIMIENTO TIPO II. K0 = 1,00. MONTERA = 15 m SOSTENIMIENTO TIPO II. K0 = 0,50. MONTERA = 15 m

SOSTENIMIENTO TIPO II. K0 = 1,00. MONTERA = 30 m SOSTENIMIENTO TIPO II. K0 = 0,50. MONTERA = 30 m

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH -29 cada 1.0 mAvanceDestroza

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)




Les plastificacions del terreny obtingudes són pèssima en els casos amb K0 = 0,50. A continuació es mostren les figures amb la seva distribució.

Plastificació per a Ko = 0,50 i M = 15 m (Càlcul núm. 2)

Plastificació per a Ko = 0,50 i M = 30 m (Càlcul núm. 4)

De les figures es dedueix que el cas pèssim es produeix per al menor recobriment de terres. En ambdós casos l'aurèola de plastificacions (Strength Facto SF = 1) queda reduït a distàncies d'1,5 a 2 m del contorn de l'excavació, i no arriba a progressar fins a la superfície o al tub annex, la qual cosa es considera admissible. 3.5.8. Sosteniment tipus III S'aplicarà quan el material que aparegui en part o tota la secció d'avanç o a mitjan diàmetre de túnel sobre la clau sigui de tipus GRSC-B (grava sense cementar tipus B). Aquest sosteniment s'ha dissenyat per a recobriments de terres compreses entre 10 i 15 m, que és per a les que s'estima que s'aplicarà. El procediment és igual a l'indicat per al sosteniment II amb l'excepció que el paraigua de micropilons és més robust amb una separació perimetral entre micropilons de 40 cm en compte de 50 m. De la mateixa manera la simulació numèrica és semblant. Aquestes són les següents fases del model:

1. Establiment de tensions inicials al massís (amb K0 = 1,00 o 0,50 i dos recobriments de terres, M =10 m).

2. Excavació de l'avanç relaxant un R% l'esmentada excavació (s'ha pres R = 75%). 3. Col·locació de sosteniment d'avanç i relaxació total de l'avanç. 4. Excavació de la primera meitat de la destrossa. 5. Col·locació del sosteniment de la primera meitat de la destrossa i excavació de la segona. 6. Col·locació del sosteniment de la segona meitat de la destrossa i excavació de tub paral·lel.


Amb la destrossa també s'ha previst l'execució de la contravolta de tipus definitiu de formigó en massa, si bé la seva execució es pot realitzar en fases posteriors, independentment de l'excavació. Depenent del valor de K0 s'han realitzat els models de càlcul següents.

Càlcul núm. Recobriments de

terra M

K0 Relaxació R

1 10 m

1,0 75 %

2 0,5

El valor de la relaxació considerat és el que segons la corba característica per al recobriment de 10 m li correspon a la litologia GRSC-B per a la longitud de passada d'1,0 m. Aquest valor és la mitjana de la relaxació obtinguda al front (d=0) i l'obtinguda per a la longitud de passada (d = 1,00 m). S'ha comprovat únicament el cas de recobriment mínim, ja que la situació de càlcul corresponent al recobriment màxim és igual al ja analitzada per al recobriment de 15 m en el sosteniment II.



En la figura següent es mostra l'esquema general del model.


Com es pot comprovar, en aquests models s'ha tingut en compte el pendent general del vessant a la zona d'aplicació, així com la disposició dels diferents nivells de materials. El detall de la secció d'excavació de les diferents fases és semblant a l'indicat per al sosteniment I. A les figures que s'inclouen a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment. Els coeficients de seguretat F = NU / NK obtinguts s'inclouen en la taula:

SOSTENIMENT TIPUS III

Càlcul núm.

Recobriment de

terres

Ko



1 10 m

1,0 6,12 4,41 2 0,5 8,32 6,61

Com es pot comprovar el cas pèssim correspon al “Càlcul núm. 3” que proporciona F =4,41 en la fase de destrossa. Aquest valor es considera adequat. En aquest cas, la necessitat de sosteniment no la determina la seva capacitat resistent, sinó la seva rigidesa, ja que es necessita un sosteniment el més rígid possible, dins dels rangs i grossàries habitualment utilitzats, que eviti relaxacions excessives del terreny que hi poden provocar plastificacions excessives en aquest amb el consegüent risc de col·lapse.



SOSTENIMIENTO TIPO III. K0 = 1,00. MONTERA = 10 m SOSTENIMIENTO TIPO III. K0 = 0,50. MONTERA = 10 m

Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)


Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)




En les figures següents es mostren les plastificacions del terreny després de l’excavació del túnel.



De les figures es dedueix que el cas pèssim es produeix per a K0 = 0,50. En ambdós casos l'aurèola de plastificacions (Strength Facto SF = 1) queda reduït a distàncies d'1,5 a 2 m del contorn de l'excavació i no arriba a progressar fins a la superfície o al tub annex, la qual cosa es considera admissible. 3.5.9. Sosteniment IV És el sosteniment d'aplicació a la zona d'embrocaments. Es considera com a zona d’embrocament els 20 m primers de l'excavació de cada tub. En aquestes zones el sosteniment previst és semblant al tipus III, descrit anteriorment, però realitzant l'excavació a l'abric d'un paraigua de micropilons més pesat, efectuat des de l'exterior, com a presosteniment. La longitud adoptada per als micropilons ha sigut de 20 m. En aquest sosteniment, respecte del tipus III, s'han substituït les encavallades TH-29 per HEB-140 a fi d'augmentar-ne la rigidesa. El paraigua de micropilons estarà compost per una doble corona, amb una separació entre eixos de 50 cm, ambdues corones tindran micropilons amb separació perimetral de 50 cm disposats a portell. La inclinació d’aquests respecte al contorn teòric del túnel serà del 2%. Com a prolongació d'aquest sosteniment cap a l'exterior del túnel s'ha previst l'execució d'unes viseres. Aquestes viseres tindran una longitud d'uns 8,0 m. La seva funció durant la fase d'excavació del túnel és la de protegir enfront de despreniments en accés de vehicles i persones a l'interior del túnel. Un cop finalitzat el túnel serà coberta per l'escullera que conforma el mur perimetral previst al talús frontal d'embrocament. S'ha previst que aquestes viseres estiguin compostes per perfils HEB-180, separats 1,0 m, en les quals es disposarà xapa Bernold i sobre les quals s'aplicarà formigó projectat amb fibres fins a un gruix de 25 cm, en fase de sosteniment, i 30 cm de formigó en massa posteriorment com a prolongació del revestiment. Els càlculs justificatius del dimensionament de les estructures en túnel artificial previstes a les viseres apareixen en l'apèndix 4 d'aquest annex. 3.5.10. Tractaments especials A continuació es descriuen les tasques de reforç i estabilització que podrien ser necessàries realitzar al túnel davant de potencials despreniments generalitzats o localitzats afectats per l'excavació. En funció de les situacions que s'analitzen posteriorment aquestes tasques de reforç es realitzaran mitjançant la instal·lació i posada en obra d'alguns dels següents materials:

- Cerchas metàl·liques de perfils HEB-140 i TH-29 amb els corresponents tresillones d'arriostramiento. - Xapa Bernold com a encofrat col·laborant i suport del formigó projectat. - Formigó projectat convencional o reforçat amb fibres i formigó en massa o armat segons convingui per a

l'estabilització i farcit de buits i cavitats. - Elements de presosteniment com a paraigua de micropilots que garanteixi un avenç postdespreniment segur. - Tots els medis auxiliars necessaris per a l'execució d'aquests treballs (fusta i xapa en encofrats, elements

d'apuntalament, equips de gunitado, injecció, perforació, desenrunament i neteja, bombatge, etc.).



a) Situació de despreniment generalitzat en secció d'avanç: Aquests despreniments es produeixen generalment en l'entorn immediat del front d'excavació per plastificació o descompressió dels materials prèviament confinats. Són despreniments importants que tendeixen a créixer a la vertical i que convé tractar-los amb rapidesa i eficàcia per la seva ràpida evolució. A continuació es defineixen les fases recomanades a realitzar en obra per afrontar aquesta situació:

1. Col·locació de encavallades metàl·liques tipus HEB-140 i projecció de formigó sobre-accelerat en les parets de la cavitat, sense retirar l’enderroc.

2. Farciment de la cavitat amb HM-15, prèvia construcció d’un tapi recolzat en l’ultima cintra. Es retirarà la mínima quantitat d’enderroc possible i si es necessari s’aportés de l’exterireur.

3. Construcció d’un paraigües de protecció i injecció amb beurada. 4. Demolició del tapi i avanç sota el paraigües mitjançant la col·locació de cintres HEB-140 i

tresillones φ 32 cada 1,5 m. Es disposaran 2 estacions de mesura de convergències. 5. Es continuarà l’avanç normal després d’haver superat el paraigües i confirmat mitjançant les

mesures de convergència, que l’enfonsament s‘ha estabilitzat.

b) Situació de despreniments localitzats Aquest tipus de despreniments podrien estar provocats per debilitats localitzades al terreny, petites caigudes de blocs descalçats per l'excavació o per l'existència de petites cavitats relacionades amb processos de dissolució en roques carbonàtiques. Per descriure les recomanacions constructives a realitzar en aquests casos es distingiran dues situacions: b.1) Cavitats amb volum inferior a 5 m3

1. El farciment de la cavitat s’efectuarà amb formigó projectat amb fibres tipus HP/25/III/J3 o bé amb formigó en massa tipus HM-25 segons convingui en funció de la forma de la cavitat.

2. Per a cavitats de forma aplanada es recomana l’ús de HA-25 prèvia col·locació d’un encofrat.

b.2) Cavitats amb volum superior a 5 m3

1. Es disposaran cintres TH-29 cada 1,00 m si els sosteniments no les tingues previstes. 2. Es col·locaran xapes Bernold donades suport en les cintres. 3. Es formigonarà la cavitat amb HM-25. 4. Es continuarà amb l’execució normal del sosteniment.

Tant la situació a) com la b) queden descrites en els plànols que s'inclouen al capítol de túnels. 3.5.11. Sosteniment galeria de connexió Les característiques de la secció de sosteniment de la galeria de connexió entre tubs són iguals a les indicades per al túnel de Serinyà en apartats anteriors.

La galeria de connexió s'excavarà en la zona corresponent al massís rocós tipus COM gairebé en el contacte amb la GRC, on els túnels principals es projecten amb un sosteniment tipus I. Del càlcul realitzat amb el sosteniment tipus I s'ha obtingut l'estat de pressions inicial per a realitzar la simulació del sosteniment de la galeria amb el programa d'elements finits PHASE2. Per simular numèricament el procediment constructiu s'han plantejat les fases de càlcul següents:

1. Establiment de tensions inicials al massís. 2. Excavació de la secció completa de la galeria relaxant un 50% l’excavació, similar a la dels túnels

principals. 3. Col·locació de sosteniment. fresc (amb un valor de la meitat en els paràmetres de deformació). 4. Simulació del sosteniment endurit.

A la figura següent es mostra l'esquema general del model.

Esquema general del model

A la figura que s'inclou a continuació s'indiquen els esforços en el sosteniment obtinguts en el càlcul, juntament amb els valors de l'envoltant de ruptura del sosteniment, en termes d'axia-moment, de manera que es pugui comprovar gràficament la validesa. El coeficient de seguretat F = NU / NK obtingut ha estat igual a 2,9.



Diagrama M-N

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

-150 -100 -50 0 50 100 150

M (kN.m)

N (k

N)

e=0.25 m / Fck=25 MPa + TH-29 cada 1.0 m

Cálculo

Quant a les plastificacions del terreny, en la figura següent es mostra en valor del Stregnth Factor (SF) al final de la fase de càlcul. Com es pot comprovar el contorn plastificat és pràcticament inexistent.

Diagrama de Plastificació

3.6. EMBROCAMENTS L’encaix de les boques del túnel de Fares ha estat condicionat per l'obliqüitat de l'eix de la calçada en relació a les vessants i la necessitat de tenir un recobriment sobre clau d'almenys un diàmetre. En la boca sud es produïx entorn del PK 11+500 i en la nord entorn del 12+041. Les alçàries d'excavació màximes sobre els túnels es produïxen en la calçada esquerra i són de l'ordre de 24 m, mentre que en la calçada dreta són d'uns 18 m. L’altura màxima en els talussos laterals es de l’ordre de 31 m (boca nord). Tots els talussos provisionals s'excavaran amb pendent continu 1H:1V fins als 20 m d’altura i amb 3H:2V per damunt. Es procedirà a tractar els talussos frontals fins a una altura de 5 m sobre la clau, mitjançant una capa de formigó projectat de 10 cm de grossària i una malla electrosoldada 150x150x6 mm. Amb l'objectiu de condicionar els talussos finals de les boques del túnel, s'ha projectat un mur d'escullera de 10 m d'altura al peu dels desmunts i un rebliment sobre ell que permeti obtenir un talús més suau, el 3H:2V.



3.7. REVESTIMENT A causa de la naturalesa dels materials existents al massís aquest revestiment col·laborarà a mitjan i llarg termini, juntament amb el sosteniment, a resistir les pressions addicionals que es generaran per fluència. En aquest apartat s'analitza el conjunt estructural format pel sosteniment i el revestiment enfront de les sol·licitacions a les quals estarà sotmès durant la seva fase de servei, és a dir durant la vida útil del túnel. S'ha considerat com a vida útil del túnel un període de 100 anys. Les sol·licitacions a les quals estarà sotmesa l'estructura del túnel seran les següents:

- Pressions inicials, P0, del terreny originades durant la fase d'excavació del túnel. - Pressions, ΔP0, del terreny diferides en el temps, originades per fluència del terreny.

L'efecte de les pressions P0 ha sigut estudiat en els apartats anteriors corresponents al sosteniment. Aquestes pressions estan suportades pel sosteniment del túnel. Per a l'estudi dels efectes de les càrregues diferides en el temps sobre els elements resistents del túnel s'ha analitzat únicament el cas corresponent a K0 = 1,00, ja que és més desfavorable que el cas K0. = 0,50. Es considera que l'estructura resistent que suportarà els efectes de ΔP0 serà la formada únicament pel revestiment, prescindint del sosteniment, que ja es troba treballant pròxim a la seva capacitat estructural. Com a factor de fluència s'ha considerat el determinat segons les mesures efectuades en 30 túnels instrumentats recollits per B. Singh i R.K. Goel en “Rock mass clasification. A practical aproach in Civil Engineering”. Elsevier. 1999.

D'acord amb els autors esmentats el factor de fluència, f”, es pot determinar d'acord amb l'expressió:

f” = log (9,5 log t0,25)

sent t el temps transcorregut després de la instal·lació del sosteniment, expressat en mesos.

En la determinació de ΔP0 s'ha considerat que el revestiment del túnel es realitza un any després del sosteniment inicial i que la vida útil del túnel és de 100 anys. Amb aquesta hipòtesi

ΔP0= P0 . [log (9,5 . 12120,25) / log (9,5 . 120,25)-1]= 0,40 . P0

sent P0 la pressió inicial del terreny sobre el sosteniment. En definitiva:

ΔP0 = P0 x 0,40

Com a valor de P0 s'han pres els esforços més desfavorables dels obtinguts en els càlculs dels sosteniments (sosteniment III amb axial màxim de 2500 kN). L'axial que sol·licitarà el revestiment és:

NK, ΔP0 = 2500 x 0,40 = 1000 kN (axial per fluència del terreny) Adoptant un coeficient de majoració d'accions d'1,5, l'axial de disseny és: Nd, ΔP0 = 1000 x 1,50 = 1500 kN Aquest esforç pot prendre's amb una capa addicional a la de sosteniment de formigó projectat, d'uns 11-12 cm de gruix (NU = 0,85 x FCK / 1.5 x 0,11 = 1558 kN), o bé amb un revestiment de formigó en massa executat amb carro, amb un gruix de 30 cm (NU = 0,85 x FCK / 1.5 x 0,30 = 4250 kN), ambdós amb FCK = 25 MPa. Una estimació del cost unitari d'ambdues solucions és la següent:

Alternativa 1. Revestiment de formigó projectat + panells d'acer vitrificat

m2 Formigó projectat d’11 cm de gruix mínim, de 25 N/mm2 de resistència, amb un 4%

de microsílice i 45 kg/m3 de fibra d'acer, col·locat en túnel, en zones de sosteniment sense encavallades, inclòs sobregruix i rebot 45,80 €

m2 Revestiment de paraments amb panells d'acer vitrificat en murs laterals i xapa ondada d'alumini canalització de gotejos en clau 71,07 € Total 116,87 €

Alternativa 2. Revestiment de formigó en massa + impermeabilització

m2 Revestiment de formigó HM-25 de 30 cm de gruix amb superfluïdificant, per a volta de túnel amb sistema d’encofrat autoportant amb ’carro’, inclòs col·locació, vibrat i curat 54,82 €

m2 Membrana de polietilè reticular reforçat de 6 mm de gruix, inclòs pèrdues per retalls i encavalcaments, per a impermeabilització del túnel, totalment col·locada 21,65 €

Total 76,47 €

En ambdues solucions es preveu la impermeabilització del túnel. En el cas de revestiment amb formigó projectat mitjançant la instal·lació de panells d'acer vitrificat en murs laterals, per millorar l'estètica i lluminositat del túnel, i xapa ondulada d'alumini en clau que evita que els gotejos que es generin al sostre del túnel afectin la calçada o a les instal·lacions del túnel. En el cas del revestiment de formigó s'interposa una làmina de polietilè entre el sosteniment i el revestiment que condueix les filtracions cap a un tub col·lector situat en la base de cada mur lateral. De les dues opcions anteriors es tria, pels seus majors avantatges estructurals i menor cost, la de revestiment de formigó en massa de 30 cm de gruix executat amb carro. 3.8. AUSCULTACIÓ Les aspectes relacionats amb l’auscultació del túnel s’analitzen en l’annex nombre 32.



3.9. DRENATGE Es descriuen a continuació els elements de drenatge projectats per al túnel de Fares. A la secció del túnel en mina s'ha distingit la procedència de l'aigua segons sigui per infiltració a través del massís rocós o per abocaments sobre la calçada. Durant la fase de construcció, sobre els talussos provisionals dels embrocaments es construirà una cuneta perimetral que recollirà l'aigua de vessament dels pendents i evitarà que aboquin sobre les excavacions. En la seva situació final, aquestes cunetes es mantindran amb el mateix objectiu. Els líquids abocats sobre la calçada seran recollits longitudinalment per mitjà d'un caz obert continu de 300 mm de diàmetre i que fa la funció addicional de vorada a la vorera del punt baix de la secció. Cada 50 m es disposa un clavegueró amb la seva corresponent arqueta de connexió al tub col·lector que s'ha projectat longitudinalment, de 400 mm de diàmetre. Els materials travessats pel túnel corresponen a una roca lleugerament cimentat bastant permeable. En l'apartat d'Hidrogeologia s'assenyalava que el nivell freàtic se situa per sota de la solera del túnel i que només s'esperen petites pujades a la part central del túnel en èpoques de grans pluges. En qualsevol cas s'ha projectat la mateixa solució d'impermeabilització que per al túnel es Serinyà: col·locació d'una làmina de polietilè entre el sosteniment i el revestiment. En els punts baixos dels hastiales de disposaran longitudinalment sengles tubs dren de 70 mm de diàmetre que recolliran l'aigua infiltrada entre les esmentades seccions de sosteniment i revestiment. Cada 25 m de longitud un altre tub de 70 mm de diàmetre conduirà l'aigua dels tubs dren cap al tub col·lector general de 400 mm. El cabal d'aigua infiltrada serà pràcticament menyspreable i en qualsevol cas molt menor que els 0,2 l/min per metre de túnel que es va estimar per al túnel de Serinyà.

PROJECTE CONSTRUCTIU DE MILLORA GENERAL. DESDOBLAMENT DE LA CARRETERA C-66 DE BANYOLES A BESALÚ. PK 41+820 AL 56+525. TRAM: CORNELLÀ DE TERRI – MAIÀ DE MONTCAL

APÈNDIX Nº 1. CÀLCULS NUMÈRICS DE SOSTENIMENTS TÚNEL DE SERINYÀ

APÉNDICE Nº 1 CÀLCULS NUMÈRICS DE SOSTENIMENTS TÚNEL DE SERINYÀ Pág. 1

1.DETERMINACIÓN DEL SOSTENIMIENTO DURANTE LA FASE DE EXCAVACIÓN

1.1.DETERMINACIÓN DE LAS LONGITUDES DE PASE,

1.1.1.MODELOS AXILSIMÉTRICOS

ESQUEMA GENERAL

apÈndix nÚm. 1. cÀlculs numÈrics de sosteniments …€¦ · 1. introducciÓ ... incloent els...

Documents