factores de relaciÓn para la clasificaciÓn del macizo
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FACTORES DE RELACIÓN PARA LA CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
DONDE SE EMPLAZÓ LOS TÚNELES DE LAS LAJAS UBICADOS EN LA VÍA
VILLETA - GUADUAS AL UTILIZAR LOS DATOS DE SU DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN
CESAR AUGUSTO MANRIQUE CARVAJAL
OSCAR JAVIER HERNANDEZ ZUBIETA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2015
FACTORES DE RELACIÓN PARA LA CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
DONDE SE EMPLAZÓ LOS TÚNELES DE LAS LAJAS UBICADOS EN LA VÍA
VILLETA - GUADUAS AL UTILIZAR LOS DATOS DE SU DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN
CESAR AUGUSTO MANRIQUE CARVAJAL
OSCAR JAVIER HERNANDEZ ZUBIETA
Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil
Tutor: IC, MSc, Hernando Villota Posso
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2015
Nota de Aceptación
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Director
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Jurado
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Jurado
Bogotá D. C. Mayo de 2015
DEDICATORIA
A nuestros padres por ser el pilar fundamental en todo lo que somos, en toda nuestra
educación, tanto académica, como de la vida, por su incondicional apoyo
perfectamente mantenido a través del tiempo, todo este trabajo ha sido posible
gracias a ellos.
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer al Consorcio Vial Helios por suministrar la información técnica
necesaria para realizar este proyecto, así mismo queremos resaltar el valioso aporte
brindado por el Ingeniero Jorge Eduardo Ardila Rueda quien con su experiencia en
diseño y construcción de túneles nos guio en el desarrollo de este trabajo.
Por otro lado y no menos importante agradecemos al Ingeniero Hernando Villota por
su labor de tutor y guía para encaminar este proyecto académico a un óptimo
resultado, siendo este tema una nueva línea de investigación en nuestra
Universidad.
Y por último queremos agradecer a nuestras familias, compañeros, profesores,
amigos y demás, que hicieron parte del camino que nos llevó a lograr este objetivo
importante de nuestras vidas.
i
TABLA DE CONTENIDO
pág
1. TITULO DE LA PROPUESTA ....................................................................... 1 2. INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 2 3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................... 4
4. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 5 5. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS .................................................... 6
5.1 OBJETIVO GENERAL................................................................................... 6
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 6
6. MARCO REFERENCIAL ............................................................................... 7
6.1 ANTECEDENTES ......................................................................................... 7
6.2 GEOLOGÍA DE LOS TÚNELES .................................................................. 11
6.3 RMR ............................................................................................................ 14
6.4 GSI .............................................................................................................. 16
6.5 RIESGOS GEOLÓGICOS EN TÚNELES ................................................... 18
7. DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................ 21 8. ANÁLISIS DE DATOS ................................................................................. 22
8.1 EVALUACIÓN DE LA INFORMACIÓN........................................................ 22
8.1.1 Registros de perforaciones .......................................................................... 22
8.1.2 Registros de excavaciones .......................................................................... 23
8.1.3 Análisis de diseño ....................................................................................... 24
8.1.4 Análisis de la construcción .......................................................................... 25
8.1.5 Comparación datos diseño y construcción .................................................. 27
9. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 36
9.1 ECUACIONES DE CORRELACIÓN ........................................................... 36
9.2 COMPONENTES DEL RIESGO GEOLÓGICO ........................................... 38
10. CONCLUSIONES ........................................................................................ 43 11. RECOMENDACIONES ............................................................................... 45 12. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 46
ii
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
pág
Fotografía 1 Portales túneles de las Lajas ............................................................. 11
Fotografía 2 Afloramiento, Rocas de la Formación San Juan de Rio Seco,
intercalaciones de Areniscas conglomératelas, Arcillolitas y Limolitas .................. 12
Fotografía 3 Etapa final de construcción del Túnel ................................................ 27
iii
LISTA DE TABLAS
pág
Tabla 1 Localización de los túneles de las Lajas ................................................... 10
Tabla 2 Clasificación RMR ..................................................................................... 15
Tabla 3 Corrección por la orientación de la discontinuidad .................................... 16
Tabla 4 Clasificación de los tipos de terreno ......................................................... 16
Tabla 5 Caracterización del macizo rocoso ........................................................... 17
Tabla 6 Tipos de terrenos proyectados en el diseño ............................................. 23
Tabla 7 Tipos de terrenos en la construcción ........................................................ 23
iv
LISTA DE GRAFICAS
pág
Grafica 1 Comparación Diseño y construcción túnel derecho .............................. 28
Grafica 2 Comparación diseño y construcción túnel izquierdo .............................. 29
Grafica 3 Comparativo separación diaclasas ......................................................... 31
Grafica 4 Comparativo RRS................................................................................... 32
Grafica 5 Comparativo estado diaclasas ............................................................... 33
Grafica 6 Comparativo RQD .................................................................................. 34
Grafica 7 Comparativo clasificación RMR .............................................................. 35
Grafica 8 Ecuación correlación RMR – GSI Areniscas .......................................... 36
Grafica 9 Ecuación correlación RMR – GSI Arcillolitas .......................................... 37
Grafica 10 Ecuación correlación RMR – GSI Limolitas .......................................... 38
Grafica 11 Desviación RQD ................................................................................... 39
Grafica 12 Desviación RRS ................................................................................... 40
Grafica 13 Desviación Estado de las Diaclasas ..................................................... 41
Grafica 14 Desviación Separación de las Diaclasas .............................................. 42
v
LISTA DE ILUSTRACIONES
pág
Ilustración 1 Localización general de la Ruta del Sol ............................................... 8
Ilustración 2 Localización de los tramos de la Ruta del Sol Sector 1 ....................... 9
Ilustración 3 Sección típica de servicio de los Túneles de las Lajas ...................... 10
Ilustración 4 Perfil geológico derecho del túnel de las Lajas .................................. 13
Ilustración 5 Sección de excavación y soporte terreno Tipo III .............................. 24
Ilustración 6 terreno tipo III .................................................................................... 26
vi
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 INFORME GEOLÓGICO Y REGISTROS DE PERFORACIONES_______
ANEXO 2 REGISTROS GEOMECÁNICOS DE CONSTRUCCIÓN______________
ANEXO 3 TABLAS___________________________________________________
ANEXO 4 PLANO DE COMPARACIÓN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN___________
vii
GLOSARIO
GSI: (geological strength index) Índice de resistencia geológica, es un método para
la caracterización geomecánica de macizos rocosos.
RIESGO GEOLÓGICO: Se define como la diferencia entre las características
geológicas de un túnel al momento de su diseño y las realmente encontradas en el
momento de su construcción.
RMR: (rock mass rating) Sistema de clasificación de macizos rocosos desarrollado
para estimar un valor numérico del macizo según sus características.
RQD: (Rock Quality Designation) Se define como el porcentaje de recuperación de
testigos de más de 10 cm de longitud, sin tener en cuenta las roturas frescas del
proceso de perforación respecto de la longitud total del sondeo.
viii
RESUMEN
Este trabajo se propuso conocer las diferencias existentes entre el diseño y la
construcción de los túneles en Colombia, dada la dificultad de abarcar un territorio
tan amplio, el objetivo definido para este estudio fue el determinar factores de
relación entre el diseño y la construcción para la clasificación del macizo rocoso
donde se emplazó el Túnel de las Lajas ubicado en el departamento de
Cundinamarca, al utilizar los datos de su diseño y construcción.
El antecedente inmediato es el trabajo realizado por el CONSORCIO VIAL HELIOS
quienes tienen a cargo la ejecución del proyecto vial La Ruta del Sol, que se
encuentra ubicado entre los municipios de Villeta y Puerto Salgar, en él se
encuentran las características geológico-geotécnicas del macizo rocoso, así mismo
busca ofrecer un escenario de certeza, garantía, estabilidad y seguridad del terreno
durante la construcción de dos túneles bidireccionales vehiculares y de las obras
allí programadas con el trazado optimizado, también nos permite identificar las
zonas susceptibles a movimientos de masa en el corredor del Túnel de las Lajas
ubicado en el Tramo 1 Sector 1 de la Ruta del Sol.
En consecuencia a esta información y al escenario de certeza que deseaba tener
este proyecto el cual no se vio reflejado en su etapa de construcción, se pensó en
indagar con mayor detalle las discrepancias presentadas al momento de su
ejecución y eventualmente determinar si estás serian características generales del
sector o macizo rocoso a estudiar.
Por tal motivo el estudio se basó en los datos que componen la clasificación RMR y
GSI del macizo rocoso tanto en su etapa de diseño y construcción, permitiéndonos
obtener una comparación de los parámetros y características que componen a cada
uno de ellos, como lo son su resistencia, estado y separación de las diaclasas, RQD,
entre otros, que nos llevarían a encontrar resultados que no solo entran en el campo
de la descripción del macizo rocoso, sino también nos permiten relacionar los
posibles riesgos geológicos a encontrar en el tramo estudiado.
Al buscar las relaciones entre las características de las clasificaciones del macizo
rocoso, se propuso una serie de ecuaciones lineales de correlación entre el RMR y
GSI para cada una de las rocas encontradas en el túnel estudiado como lo son
Areniscas, Arcillolitas y Limolitas de la formación San Juan de Rio Seco, que a su
vez permiten reducir las discrepancias en las clasificaciones RMR y GSI. Así mismo
y por medio de las características del macizo rocoso, se pudo conocer mediante
ix
procesos de distribución estándar los parámetros del RMR que presentan una
mayor variación entre el diseño y la construcción, dándonos a conocer un rango de
certeza que puede afectar de manera indirecta el riesgo Geológico presente en el
proyecto.
Cabe resaltar que esta aproximación no solo debe ser comparada con estos dos
sistemas de clasificación, sino también puede ser relacionada con el sistema de
clasificación Q de Barton, que permitirá encontrar por otros métodos, equivalencias
que servirán al momento del diseño de futuros túneles, dado que el Q de Barton es
otro método de clasificación que puede ser empleado en el desarrollo de los túneles.
1
1. TITULO DE LA PROPUESTA
Factores de relación para la clasificación del macizo rocoso donde se emplazó los
túneles de las Lajas ubicados en la vía Villeta - Guaduas al utilizar los datos de su
diseño y construcción.
2
2. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo se refiere a los posibles ajustes en los sistemas de clasificación
de macizos rocosos y riesgos geológicos que determinan el soporte en
excavaciones subterráneas, al evaluar el Túnel de las Lajas ubicado en el Tramo 1
Sector 1 de la Ruta del Sol en el departamento de Cundinamarca.
La característica principal de este tipo de ajustes está dada por las diferencias que
presentan los diseños elaborados a partir de los registros de perforación, con las
condiciones reales de terreno que se encuentran en la etapa de construcción.
Para analizar esta problemática es necesario analizar sus causas, por tal motivo se
hace indispensable conocer el método de clasificación del macizo rocoso utilizado,
punto importante de partida para determinar a qué condiciones de terreno nos
enfrentamos y así poder obtener la información suficiente para generar estos ajustes
por medio de factores de corrección, en los diferentes macizos rocosos presentes
en una región.
El interés de conseguir estos posibles ajustes por medio de factores de corrección,
permitirá aplicar esta temática a una gran cantidad de túneles que serán construidos
en Colombia, además de obtener información suficiente para generar factores de
corrección en la mayoría de los macizos rocosos presentes en nuestro país, y así
convertirlo en uno de los pioneros en la información de las construcciones
subterráneas.
Para el desarrollo de este trabajo en su marco teórico metodológico se empleó una
investigación exploratoria como primera medida, donde se dio inició con la
búsqueda de la información (datos de clasificación del macizo rocoso) existente de
los diseños y los registros de construcción, realizados en las etapas de diseño y
construcción del Túnel de las Lajas ubicado en la cordillera oriental, información que
permite establecer una primera aproximación, a los posibles ajustes en los sistemas
de clasificación de macizos rocosos que determinan el soporte en excavaciones
subterráneas, al evaluar el Túnel de las Lajas, para en un futuro mediante la
evaluación de más kilómetros de túneles en la cordillera oriental colombiana,
encontrar una mayor coherencia entre la etapa de diseño y la etapa de construcción
de los túneles.
3
El desarrollo de este proyecto se logró gracias al aporte brindado por el
CONSORCIO VIAL HELIOS quienes suministraron con fines académicos los datos
de Diseño y Construcción del túnel de las Lajas.
4
3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
La necesidad de competitividad del país ha traído consigo un inminente desarrollo
de la infraestructura vial del mismo, dada esta condición en el país se han diseñado
cantidades significativas de túneles sobre macizos rocosos que poco o nada han
sido investigados con anterioridad, por el contrario basan su diseño a partir de
algunos registros de perforaciones y ensayos de laboratorio, los cuáles arrojan
como resultado unas clasificaciones de macizo rocoso que al momento de la
construcción del túnel presentan diferencias considerables tanto en la clasificación
RMR como en los tipos de terreno que realmente son encontrados, lo que origina
una gran oportunidad para establecer la posible inconsistencia entre diseño y
construcción de túneles.
5
4. JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo tiene como temática principal la obtención de factores de
correlación que permitan reducir las diferencias entre las clasificaciones geo
mecánicas del Túnel de las Lajas con la utilización de los datos de sus etapas de
diseño y construcción.
La presente propuesta surge como una necesidad para acercarse a las
discrepancias descritas anteriormente, en el campo de la geotecnia y más
concretamente en la construcción de túneles.
Este trabajo entra en el campo de la geotecnia al ser los túneles su principal tópico,
algo que lamentablemente en nuestro país no ha sido tan estudiado. Se logrará de
esta manera el estudio de otros campos muy importantes dentro del desarrollo de
la Ingeniería Civil del país.
La oportunidad del desarrollo de este trabajo yace en los resultados que se obtienen
en el momento de la construcción del túnel, los registros de construcción son un
claro indicativo de las condiciones reales en las que se encuentra el macizo rocoso,
que a su vez junto a los registros de clasificación de diseño permitirán una
comparación de los registros, para obtener valores de correlación o corrección entre
los datos del diseño de los túneles, y así reducir el posible error que podría llevarse
a cabo durante la etapa de diseño.
6
5. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS
5.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar factores de relación entre el diseño y la construcción para la clasificación
del macizo rocoso donde se emplazó el Túnel de las Lajas ubicado en el
departamento de Cundinamarca, al utilizar los datos de su diseño y construcción.
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una ecuación de correlación que permita realizar una acertada
clasificación de macizos rocosos mediante los métodos de RMR y GSI para
rocas sedimentarias de la formación San Juan de Río Seco.
Contrastar la ecuación teórica de correlación del RMR y GSI y la determinada
con los datos de registro de excavación para cada tipo de roca del túnel.
Realizar un primer acercamiento de las principales discrepancias de la
clasificación de macizos rocosos durante su etapa de diseño y construcción,
mediante la realización de unos valores de corrección de los principales
elementos del RMR que infieren en el riesgo geológico del proyecto.
Analizar los datos de los registros de perforación y construcción de
clasificación RMR del túnel, para así determinar cuáles valores pueden ser
comparados entre sí.
Determinar qué valores de la clasificación RMR inciden en los posibles
riesgos geológicos a presentarse en la construcción de los túneles.
7
6. MARCO REFERENCIAL
6.1 ANTECEDENTES
El Gobierno Nacional, a través del Consejo Nacional de Política Económica y Social
de Planeación Nacional, declaró mediante Documento CONPES 3413, la
importancia estratégica de un programa de concesiones viales, que incluía el
desarrollo de once proyectos viales de carretera, con el fin de contribuir al
mejoramiento de la capacidad de la infraestructura física de transporte, promover la
competitividad del país y potenciar los beneficios derivados de la suscripción de
acuerdos comerciales con terceros países.
Posteriormente, mediante la asesoría de la International Finance Corporation (IFC)
del Banco Mundial, se le solicitó al Ministerio de Transporte y al Instituto Nacional
de Concesiones – INCO (Hoy Agencia Nacional de Infraestructura –ANI), desarrollar
la estructuración de los contratos y de los procesos precontractuales de dichos
proyectos, de acuerdo con lo previsto en los lineamientos de política para el
desarrollo de concesiones viales y para el manejo de riesgo contractual del Estado
en proyectos de participación privada en infraestructura.
Dentro de las once concesiones contenidas en el citado programa, se incluía la
realización de un proyecto vial, para mejorar la conexión vial del centro del país con
la Costa Atlántica, a través del corredor Bogotá (El cortijo) – Villeta – Puerto Salgar
– San Alberto – Santa Marta y así, reducir costos de transporte y favorecer una
mayor integración productiva e inclusión social entre el Caribe Colombiano y el
interior del País. Teniendo en cuenta las consideraciones mencionadas, el
Ministerio de Transporte y el INCO, sometieron a consideración del Consejo
Nacional de Política Económica y Social de Planeación Nacional, el proyecto vial
denominado “Autopista Ruta del Sol”, el cual, fue declarado como estratégico para
el mejoramiento y ampliación de la infraestructura vial de Colombia, mediante
Documento CONPES 3571.
El proyecto vial “Autopista Ruta del Sol” se encuentra dividido en tres sectores, según se muestra en la Ilustración 1:
SECTOR 1 Concesión Vial “Ruta del Sol”: Tobia Grande / Villeta – El Korán
SECTOR 2 Concesión Vial “Ruta del Sol”: Puerto Salgar – San Roque
8
SECTOR 3 Concesión Vial “Ruta Del Sol 2”: San Roque – Ye de Ciénaga y Carmen de Bolívar- Valledupar
Ilustración 1 Localización general de la Ruta del Sol
Fuente: Consorcio vial Helios
El CONSORCIO VIAL HELIOS, actualmente se encarga de la construcción, operación y mantenimiento del tramo entre Villeta – Guaduero – El Korán, Sector I del proyecto Autopista Ruta del Sol.
9
La longitud aproximada del Sector 1 es de 78,3 Km., inicia cerca de Villeta, y
continúa por las proximidades de Guaduas, (Guaduero) y el cauce del Río Negro y
finaliza en la Ruta 4510 en Puerto Salgar (El Korán), según se muestra en la
Ilustración 2.
Ilustración 2 Localización de los tramos de la Ruta del Sol Sector 1
Fuente: Consorcio vial Helios
Dentro del mencionado desarrollo vial, se diseñó y construyó el túnel Las Lajas,
siendo este localizado al norte de la inspección de policía El Dindal en el municipio
de Caparrapí.
El área de estudio de los Túneles de Las lajas, se localiza al Norte del municipio de
Guaduas, específicamente en el Municipio de Caparrapí, Verda Boca de Monte –
Las lajas, en el departamento de Cundinamarca. Geológicamente la zona de interés
se ubica dentro de la plancha 208 Villeta, escala 1:100.000.
10
Tabla 1 Localización de los túneles de las Lajas
TÚ
NE
L D
E L
AS
LA
JA
S
PORTAL ENTRADA CALZADA DERECHA PORTAL SALIDA CALZADA DERECHA
NORTE ESTE NORTE ESTE
1.084.846 946.070 1.085.059 945.933
PORTAL ENTRADA CALZADA IZQUIERDA PORTAL SALIDA CALZADA IZQUIERDA
1.084.793 946.043 1.085.044 945.900
Fuente: Consorcio vial Helios
A continuación se muestras la sección típica adoptada para la construcción de los
túneles unidireccionales de las Lajas.
Ilustración 3 Sección típica de servicio de los Túneles de las Lajas
Fuente: Consorcio vial Helios
11
La construcción de los túneles de las Lajas y la entrega del sector 1 del tramo 1 de
la Ruta del Sol fue inaugurada el pasado 3 de diciembre de 2014, en la Fotografía
2 se presenta una vista aérea de los portales de los túneles de las Lajas.
Fotografía 1 Portales túneles de las Lajas
Fuente: Consorcio vial Helios
6.2 GEOLOGÍA DE LOS TÚNELES
Las rocas en donde se emplazaron los Túneles de Las Lajas corresponden a la
Formación San Juan de Río Seco (Tis), conformadas esencialmente por paquetes
de areniscas conglomératicas, areniscas de grano medio a fino, intercaladas con
limolitas y en menor proporción con arcillolitas.
12
Estructuralmente las rocas de la Formación de San Juan de Rio seco tienen una
estratificación aproximada N46°E/35°SE y se presentan tres familias de Diaclasas
con la siguiente disposición: N70°W/85°SW, N47°E/63°NW y N56°W/90°SW.
Fotografía 2 Afloramiento, Rocas de la Formación San Juan de Rio Seco, intercalaciones de
Areniscas conglomératelas, Arcillolitas y Limolitas
Fuente: Consorcio vial Helios
13
Ilustración 4 Perfil geológico derecho del túnel de las Lajas
Fuente: Consorcio vial Helios
14
6.3 RMR
Este método de clasificación de macizos rocosos fue desarrollado por Bieniawski
en 1973, con actualizaciones en 1979, 1989 y 2014, constituye un sistema de
clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad
con parámetros geomecánicos de macizos rocosos, de excavación y sostenimiento
en túneles. Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros
geomecánicos:
Resistencia uniaxial de la matriz rocosa.
Grado de fracturación en términos de RQD.
Espaciado de las discontinuidades.
Condiciones de las discontinuidades.
Condiciones hidrogeológicas.
Orientación de las discontinuidades con respecto a la excavación.
La incidencia de estos parámetros en el comportamiento geomecánico de un macizo
rocoso se expresa por medio del índice de calidad RMR (Rock Mass Rating), que
puede variar de 0 a 100.
15
Tabla 2 Clasificación RMR
1
RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA (Mpa)
ENSAYO DE CARGA PUNTUAL
> 10 10 - 4 4 – 2 2 - 1 COMPRESIÓN SIMPLE (Mpa)
COMPRESIÓN SIMPLE > 250 250 - 100 100 – 50 50 -25 25 - 5 5 - 1 < 1
PUNTUACIÓN 15 12 7 4 2 1 0
2 RQD 100 % - 90 % 90 % - 70 % 75 % - 50 % 50 % - 25 % < 25 %
PUNTUACIÓN 20 17 13 6 3
3 SEPARACIÓN ENTRE DIACLASAS > 2 m 2 - 0.6 m 0.6 - 0.2 m 0.2 - 0.06 m < 0.06 m
PUNTUACIÓN 20 15 10 8 5
4
ES
TA
DO
DE
LA
S D
ISC
ON
TIN
UID
AD
ES
LONGITUD DE LA DISCONTINUIDAD
< 1m 1 - 3 m 3 - 10 m 10 - 20 m > 20 m
PUNTUACIÓN 6 4 2 1 0
ABERTURA NADA < 0.1 mm 0.1 - 1.0 mm 1.0 - 5.0 mm > 5.00 mm
PUNTUACIÓN 6 5 3 1 0
RUGOSIDAD MUY RUGOSA RUGOSA LIGERAMENTE
RUGOSA ONDULADA SUAVE
PUNTUACIÓN 6 5 3 1 0
RELLENO NINGUNO RELLENO DURO
< 5 mm RELLENO DURO > 5
mm
RELLENO BLANDO < 5
mm
RELLENO BLANDO > 5 mm
PUNTUACIÓN 6 4 2 2 0
ALTERACIÓN INALTERADA LIGERAMENTE
ALTERADA MODERADAMENTE
ALTERADA MUY
ALTERADA DESCOMPUESTA
PUNTUACIÓN 6 5 3 1 0
5 AGUA FREÁTICA
CAUDAL POR 10 m DE TÚNEL
NUDO < 10 l/min 10 - 25 l/min 25 - 125 l /min > 125 l/min
RELACIÓN: PRESIÓN DE AGUA / TENSIÓN PRINCIPAL MAYOR
0 0 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.5 > 0.5
ESTADO GENERAL SECO LIGERAMENTE
HÚMEDO HÚMEDO GOTEANDO AGUA FLUYENDO
PUNTUACIÓN 15 10 7 4 0
Fuente: Bieniawski
16
Tabla 3 Corrección por la orientación de la discontinuidad
DIRECCIÓN Y BUZAMIENTO
MUY FAVORABLES
FAVORABLES MEDIOS DESFAVORABLES MUY
DESFAVORABLES
PUNTUACIÓN 0 -2 -5 -10 -12
Fuente: Bieniawski
Tabla 4 Clasificación de los tipos de terreno
CLASE I II III IV V
CALIDAD MUY
BUENA BUENA MEDIA MALA
MUY MALA
PUNTUACIÓN 100 - 81 80 -61 60 - 41 40 - 21
< 20
Fuente: Bieniawski
6.4 GSI
Hoek et al., (1995) presentó el índice de resistencia geológica, como complemento
a su criterio generalizado de falla en roca, y como una forma de estimar los
parámetros s, y mb en el criterio, El GSI estima la reducción de la resistencia del
macizo para diferentes condiciones geológicas. El GSI se ha actualizado para
macizos débiles en varias ocasiones (1998, 2000 y 2001 (Hoek et al., 2002)).
La caracterización del macizo rocoso es simple y está basada en la impresión visual
de la estructura rocosa, en términos de bloques y de la condición superficial de las
discontinuidades indicadas por la rugosidad y alteración de las juntas. La
combinación de estos dos parámetros proporciona una base práctica para describir
un rango amplio de tipos de macizos rocosos.
El GSI es utilizado para la estimación de los parámetros de entrada para el cálculo
de la resistencia, solo es una relación empírica y los procesos asociados a las
clasificaciones de la ingeniería de rocas.
La determinación del GSI se hace a partir de la Tabla 5 a las que se ingresa desde
2 puntos diferentes, uno horizontal: referente al tamaño y en trabamiento de
bloques, composición y estructura; el ingreso vertical es referente a las condiciones
de las discontinuidades, se converge posteriormente en el valor del GSI dispuesto
en las líneas diagonales.
17
Tabla 5 Caracterización del macizo rocoso
Fuente: Bieniawski
18
Se propuso una ecuación de correlación del RMR y el GSI la cual es la siguiente
𝐺𝑆𝐼 = 𝑅𝑀𝑅 − 5
6.5 RIESGOS GEOLÓGICOS EN TÚNELES
Una de las características de la evolución del ser humano está en construir una
carrera en pro de la reducción de la incertidumbre: controlar el riesgo de las
catástrofes naturales, enfermedades y conforme con la capacidad del hombre de
actuar sobre su entorno va creciendo exponencialmente, de males provocados
precisamente por una mala deriva de esa acción.
En la excavación de túneles y trabajos subterráneos existen riesgos que afectan a
todas las partes implicadas en la obra, así como a aquellas involucradas
indirectamente. La naturaleza de los proyectos de túneles determina que se deba
hacer frente a riesgos considerables en su desarrollo. Debido a las inherentes
incertidumbres, incluyendo las condiciones del terreno y del nivel freático, existirán
riesgos que supondrán sobrecostos y/o retrasos, así como riesgos ambientales.
También se debe señalar que existe el riesgo relativo a los problemas que el túnel
pueda ocasionar en la opinión pública, lo cual puede afectar al transcurso del
proyecto.
Los túneles intersectan e interfieren con materiales naturales, haciéndoles
partícipes de su propia estabilidad como un componente estructural. Esta
interacción es mucho más importante que en cualquier otro trabajo de ingeniería
civil.
Como los macizos rocosos son una fuente potencial de variabilidad de parámetros
enorme, se comprende fácilmente que la valoración y gestión de los riesgos en cada
etapa es casi un imperativo para dichos proyectos.
En la mayoría de los túneles existe un riesgo geológico potencial que puede
traducirse en accidentes o peligros para la salud si dicho riesgo no se identifica
durante la planificación y construcción del túnel, y si no se toman las medidas de
prevención adecuadas. Pueden ser riesgos de inundaciones, colapsos en terrenos
no consolidados, problemas tensionales, escaso confinamiento, macizos rocosos
agrietados o fracturados y en algunos casos incluso la aparición de gas natural.
Además, en túneles en áreas urbanas existe el riesgo de ocasionar daño a terceros,
aspecto este de particular atención.
19
Las condiciones geológicas no previstas no pueden utilizarse como excusa para la
falta de medidas de seguridad. Si alguna característica del terreno no se ha previsto,
se podrá aplicar a las condiciones económicas del contrato pero no se debe permitir
la aparición de “sorpresas” respecto a aspectos de seguridad por parte de los
diseñadores de túneles, la propiedad, los contratistas o cualquier otro personal
implicado.
Los riesgos se pueden descomponer en diferentes aspectos, siendo algunos de los
más importantes:
De exploración (directos o indirectos)
Constructivos (accidentes y soluciones de problemas no previstos)
Financieros (falta de control de costos)
En las obras subterráneas, a diferencia de otras construcciones, nos encontramos
con parámetros de alta variabilidad. Su identificación y caracterización nunca puede
ser completa. Por lo tanto, el desarrollo de las obras siempre estará asociado al
número variable de incógnitas que nunca serán totalmente determinadas.
En nuestro país una de las más importantes agencias gubernamentales encargadas
de proyectos de infraestructura es la ANI (Agencia Nacional de Infraestructura), la
cual es la encargada de llevar cabo gran parte de las obras subterráneas en el país,
debido al gran impacto de este tipo de obras esta agencia ha determinado el riesgo
geológico en túneles de la siguiente manera: “el riesgo geológico respecto a la
construcción de túneles será asumido 100% por la ANI, entidad que deberá
reconocerle al CONCESIONARIO las mayores o menores cantidades de obra , de
conformidad, con lo que para tal efecto, certifique la Interventoría con base a las
especificaciones de construcción de Túneles y en precios unitarios fijados para el
riesgo geológico”.
Las principales causas que genera sobre costos en la construcción de túneles son:
Es la deficiencia en los estudios y diseños a fase III por cuanto hace falta
exploraciones por métodos directos e indirectos. (Privado).
Es la variación de elementos de presoporte y revestimiento no obstante de
coincidir con el tipo de terreno. (Privado).
Es la variación del tipo de terreno durante la ejecución. (Publico).
20
Uno de los temas controvertidos en la construcción de túneles es el de la
incertidumbre en la información geológica. Hay tesis que abogan por que el costo
que se deriva de la incertidumbre de la concordancia entre lo esperado y lo
encontrado es del ejecutor activo porque es el que ejecuta la obra; otras sostienen
que el conocedor del proyecto es el conocedor, por derecho, de las variaciones del
ambiente en que se desarrollaría el trabajo.
El concepto de los riesgos geológicos ha disminuido en algo la controversia, y
consiste en aceptar de antemano que podrá haber una variación en la sectorización
del túnel realizada en el momento del diseño y la sectorización del túnel realmente
encontrada en el momento de su construcción, atribuible a las condiciones
geológicas y a los trabajos derivados de las condiciones geotécnicas. Esta
diferencia entre las sectorizaciones llevara a la variación en las cantidades, y
también tiempos, que podrá estar a favor del ejecutor o de su contratante.
21
7. DISEÑO METODOLÓGICO
La metodología empleada para la ejecución de este trabajo se basó como primera
etapa en la recopilación de la información de los túneles de las Lajas (ver ANEXO
1), en este anexo se presenta el informe geológico de los túneles con sus
respectivas perforaciones que sirvieron en su momento para realizar el diseño de
los mismos, con base en ellos se caculo un RMR de acuerdo con lo observado en
las perforaciones, así mismo se consiguieron los registros geomecánicos de
construcción de los túneles (ver ANEXO 2), en este registro se calculó el RMR y el
GSI realmente encontrado en el frente de obra.
Posteriormente se procedió con la digitalización de los datos de diseño
(perforaciones de exploración) y los datos de construcción (registros geomecánicos
de construcción), con el fin de procesarlos y analizarlos.
Dado lo anterior se compararon los valores de RMR y GSI obtenidos de los registros
de construcción en cada avance del túnel y a su vez separados por los tipos de
rocas encontrados Areniscas, Arcillolitas y Limolitas, estos datos fueron graficados
siendo el eje X valores de GSI y el eje Y valores de RMR, partiendo de esta grafica
se realizó un línea de tendencia de los puntos para obtener la ecuación de
correlación de RMR y GSI, así mismo se graficó la ecuación teórica RMR= GSI + 5
para visualizar la diferencia con la ecuación encontrada para cada tipo de roca.
Por otro lado se tomaron los siguientes componentes de la clasificación RMR,
estado de las diaclasas, separación de las diaclasas, RRS y RQD tanto en diseño
como en construcción, seguido a ello se calculó la diferencia entre las dos etapas
del proyecto, una vez se obtuvieron estos valores se procedió al calculó de la media,
desviación estándar y varianza, para poder realizar una gráfica de distribución
estándar y así determinar el comportamiento de la diferencia de los datos de diseño
y construcción del túnel, con el fin de establecer un rango de valores de corrección
para ser aplicados en futuros proyectos.
22
8. ANÁLISIS DE DATOS
8.1 EVALUACIÓN DE LA INFORMACIÓN
La información que se utilizó para el desarrollo de este proyecto fueron registros de
perforación y registros de excavación.
8.1.1 Registros de perforaciones
Estos registros se obtuvieron del material recuperado de los sondeos realizados
durante la etapa de diseño del túnel, en ellos se observa que los núcleos de roca se
caracterizaron mediante el sistema de clasificación RMR, para así determinar las
características principales y la posible sectorización geomecánica del túnel.
Estos registros tiene la información detallada de las perforaciones de investigación
realizadas en el diseño de los túneles, en total fueron 5 perforaciones las cuales se
presentan en el ANEXO 1, en primera instancia se observa la información general
de los registros donde encontramos el nombre del sondeo, profundidad alcanzada,
máquina perforadora, inclinación, rumbo, localización de la perforación, entre otras.
En segunda instancia se presenta la información técnica del sondeo como lo son
los tramos perforados de material, que a su vez se clasifican por medio del sistema
RMR y muestran una descripción de sus características geológicas, siendo está
información la principal herramienta para el desarrollo de este proyecto.
Revisando los registros de perforaciones se encontró que el túnel está emplazado
en arenisca, arcillolita y limolita, además se observa que el túnel se clasifico
principalmente en terreno tipo II y tipo III de acuerdo a los parámetros establecidos
por el sistema RMR.
A continuación se presenta un resumen de los tipos de terreno que se estimaron
para el diseño de los túneles.
23
Tabla 6 Tipos de terrenos proyectados en el diseño
TIPO DE TERRENO
TÚNEL DERECHO TÚNEL IZQUIERDO
CANTIDAD LONGITUD
(m) CANTIDAD
LONGITUD (m)
I 1 3.9 0 0
II 25 82.5 17 55.85
III 25 66.42 28 87.64
IV 10 25.44 5 13 Fuente: Autores
8.1.2 Registros de excavaciones
Estos registros se generan al observar el frente de excavación del macizo rocoso
durante la construcción del túnel (ANEXO 2), permitiendo la caracterización de dicho
macizo mediante los sistemas de clasificación GSI y RMR, para así establecer la
instalación del soporte adecuado, dependiendo de las características geomecánicas
realmente encontradas.
Estos registros tienen la siguiente información técnica, abscisa y longitud de avance
de la excavación, clasificaciones RMR y GSI, tipo de terreno y descripción geológica
y geotécnica del macizo.
Al igual que en el registro de perforación se encontró que el túnel está emplazado
en arenisca, arcillolita y limolita, además se observa que el túnel se clasifico
principalmente en terreno tipo II y tipo III de acuerdo a los parámetros establecidos
por el sistema RMR.
A continuación se presenta un resumen de los tipos de terreno realmente
encontrados en el túnel.
Tabla 7 Tipos de terrenos en la construcción
TIPO DE TERRENO
TÚNEL DERECHO TÚNEL IZQUIERDO
CANTIDAD LONGITUD
(m) CANTIDAD
LONGITUD (m)
I 0 0 0 0
II 49 144.11 33 108.39
III 6 16.75 7 21.4
IV 6 17.4 3 7.3 Fuente: Autores
24
8.1.3 Análisis de diseño
El túnel de las Lajas está ubicado cerca al municipio de Guaduas en el
departamento de Cundinamarca, este túnel hace parte del sector I tramo 2 del
proyecto ruta del sol, cuyo fin es la construcción de una vía doble calzada que
comunique el centro del país con la costa norte. El túnel de las Lajas está compuesto
por dos tubos paralelos de tráfico unidireccional con longitudes de 260 m y 300 m,
que conforman de esta manera la doble calzada del proyecto.
El túnel de las Lajas atraviesa la formación geológica San Juan de Rio Seco (Tis),
esta formación se caracteriza por la intercalación de las rocas sedimentarias
Arcillolita, Arenisca y Limolita, que presentan un buzamiento de 53°.
El diseño del túnel de realizo a partir de los registros de perforación (ANEXO 1),
estos registros permitieron estimar la sectorización geomecánica de túnel, esto se
logró por medio de la clasificación RMR sobre los núcleos de roca extraídos en el
sondeos. De acuerdo a los diferentes tipos de terreno se realizaron los diseños para
los tipos de terreno encontrados, a continuación en la Ilustración 5 se presenta el
plano de diseño del terreno tipo III para el túnel de las Lajas.
Ilustración 5 Sección de excavación y soporte terreno Tipo III
Fuente: Consorcio vial Helios
25
En la anterior figura se observa el sistema de excavación y soporte para el terreno
tipo III, en este diseño se observa la disposición de los diferentes elementos de
soporte como lo son los pernos de anclaje, arco de acero, micropilotes auto
perforantes, concreto lanzado de soporte entre otros, esta disposición y cantidad de
elementos aumenta y disminuye dependiendo el tipo de terreno, reduciendo para
terrenos I y II y aumentando para terrenos IV y V.
8.1.4 Análisis de la construcción
El proceso de construcción del túnel se realizó mediante el método convencional de
perforación y voladura, este método consiste en la realización sistemática y
controlada de barrenos en el frente de excavación, estas perforaciones son
cargadas con un material explosivo que controladamente explota, permitiendo de
esta manera que el material producto de esta explosión, llamado rezaga sea retirado
del túnel, una vez es retirada la rezaga se procese con la instalación del soporte
para cada uno de los tipos de terreno que fueron encontrados en el túnel, siendo el
terreno tipo I el que menos soporte tiene, hasta el terreno tipo V el que más soporte
tiene. A partir de las condiciones realmente encontradas en el túnel, un profesional
se encargó de realizar el levantamiento de las características geológicas y
geomecánicas del frente del túnel, esto se procesó mediante la clasificación RMR y
GSI los cuales fueron presentados en el registro de excavación del túnel
(ANEXO 2), en estos registros se pueden observar las diferentes características de
la longitud del túnel.
26
Ilustración 6 terreno tipo III
Fuente: Consorcio vial Helios
En la Ilustración 6 se aprecia un terreno tipo III para la excavación del túnel, en el
cual se puede observar las diferentes propiedades geomecánicas del macizo rocoso
como son sus familias de fallas, diaclasas y estratificación, así mismo se identifican
los diferentes tipos de soportes como los son pernos, arcos y concreto.
27
Fotografía 3 Etapa final de construcción del Túnel
Fuente: Consorcio vial Helios
En la Fotografía 3 podemos observar la fase final de construcción del túnel de las
Lajas, identificando claramente las irregularidades que se presentan en un macizo
rocoso al momento de la construcción de un túnel.
8.1.5 Comparación datos diseño y construcción
Dados los tipos de terrenos encontrados en el diseño (ANEXO 1) y construcción
(ANEXO 2) de los túneles, se realizó una tabla comparativa de los principales
elementos del RMR en diseño y construcción (ANEXO 3) los cuales son, estado de
las diaclasas, separación de las diaclasas, RRS y RQD, para así comparar las
caracterizas de cada tramo del túnel.
Posteriormente a esta tabla comparativa se realizaron 3 tablas de comparación
RMR y GSI del proceso de construcción del túnel (ANEXO 3), en estas tablas se
dividieron los diferentes tipos de roca encontrados en el túnel siendo estas
Areniscas, Arcillolitas y Limolitas, los valores de GSI y RMR se pudieron comparar
debido a que para cada abscisa del túnel se tenía su caracterización como se
presenta en el anexo 2.
28
A continuación se presenta una gráfica en la cual podemos ver la comparación de
longitudes y cantidades de tramos que se estimaron y que realmente se encontraron
en el proceso de diseño y construcción para el túnel derecho. Siendo las barras de
colores cada uno de los tipos de terreno estimados en sus diferentes etapas.
Grafica 1 Comparación Diseño y construcción túnel derecho
3,9 0
82,5
144,11
66,42
16,7525,44
17,4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
DATOS DATOS
LON
GIT
UD
DE
TRA
MO
S(m
)
TIPOS DE TERRENO
TÚNEL DERECHO
I II III IV
1 0
25
49
25
610
6
0
10
20
30
40
50
60
DATOS DATOS
CONSTRUCCIÓN DISEÑO
CA
NTI
DA
D D
E TR
AM
OS
TIPOS DE TERRENO
TÚNEL DERECHO
I II III IV
29
A continuación se presenta una gráfica en la cual podemos ver la comparación de
longitudes y cantidades de tramos que se estimaron y que realmente se encontraron
en el proceso de diseño y construcción para el túnel izquierdo. Siendo las barras de
colores cada uno de los tipos de terreno estimados en sus diferentes etapas.
Grafica 2 Comparación diseño y construcción túnel izquierdo
0 0
55,85
108,39
87,64
21,413
7,3
19,4
DATOS DATOS
LON
GIT
UD
DE
TRA
MO
S(m
)
TIPOS DE TERRENO
TÚNEL IZQUIERDO
I II III IV No hay datos
0 0
17
33
28
75
3
7
0
5
10
15
20
25
30
35
DATOS DATOS
CONSTRUCCIÓN DISEÑO
CA
NTI
DA
D D
E TR
AM
OS
TIPOS DE TERRENO
TÚNEL IZQUIERDO
I II III IV No hay datos
30
Las anteriores gráficas fueron desarrolladas a partir de la tabla de comparación de
diseño y construcción (ANEXO 3), en estas graficas podemos ver que la
caracterización de los tipos de terreno durante el proceso de diseño del túnel no
corresponde a la caracterización realmente encontrada en los túneles, tanto así que
se logra observar diferencias significativas en los tipos de terreno tanto en la
cantidad como en la longitud de los tramos. Por otro lado se encontró para cada tipo
de terreno la composición de la roca como se describe a continuación, el terreno
tipo I está conformado por areniscas, el tipo II está conformado en mayor medida
por areniscas, el restante por limolitas y arcillolitas, el terreno tipo III está
conformado en mayor medida por areniscas, el restante por arcillolitas y en menor
proporción limolitas, y el terreno tipo IV está conformado en mayor medida por
arcillolitas, el restante por limolitas y en menor proporción areniscas.
A partir de la tabla de comparación (ANEXO 3) se realizó un plano geológico
(ANEXO 4) donde se pueden observar las principales diferencias a nivel geológico
y geomecánico de las fases de diseño y construcción, en ella se describen los
tramos del túnel con su respectiva clasificación RMR, así como sus componentes
durante el proceso de diseño y construcción en toda la longitud del túnel construido.
En los siguientes sectores del túnel K54+639 - K54+640, K54+652 - K54+671,
K54+702 - K54+705 y K54+735 - K54+737, no se pudo realizar una comparación
de los valores de clasificación de diseño y construcción debido a que no se
encontraron datos de construcción, esta situación pudo ocurrir debido a que en el
proceso de avance del túnel no se encontraba un profesional para hacer el
respectivo levantamiento de los datos; sin embargo, estos datos no suponen un
problema para este trabajo, si se tiene en cuenta que son sectores puntuales que
no superan el 10% de la longitud del túnel.
Luego de realizar la tabla de comparación de los datos de RMR de diseño y
construcción (ANEXO 3) y el plano de comparación (ANEXO 4), se realizaron las
siguientes graficas con el fin de visualizar las principales diferencias en cada uno de
los elementos del RMR en diseño y construcción como lo son estado de las
diaclasas, separación de las diaclasas, RQD y RRS.
31
Grafica 3 Comparativo separación diaclasas
Fuente: Autores
En la anterior grafica se puede observar, que los valores estimados en el diseño para la separación de las diaclasas
no coincidieron en su gran mayoría por exceso o por defecto con los valores encontrados en el proceso de
construcción, lo que genera una diferencia que deberá ser tenida en cuenta en los próximos diseños de túnel para
esta formación geológica como un factor para la reducción del riesgo geológico.
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SEPA
RA
CIÓ
N D
IAC
LASA
S
ABSCISAS
SEPARACIÓNDIACLASASDISEÑO
SEPARACIÓNDIACLASASCONSTRUCCIÓN
32
Grafica 4 Comparativo RRS
Fuente: Autores
En la anterior grafica se puede observar, que los valores estimados en el diseño para el RRS no coincidieron en su
gran mayoría por defecto con los valores encontrados en el proceso de construcción, lo que genera una diferencia
que deberá ser tenida en cuenta en los próximos diseños de túnel para esta formación geológica como un factor para
la reducción del riesgo geológico.
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K5
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K5
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K5
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RR
S
ABSCISAS
RRS DISEÑO
RRSCONSTRUCCIÓN
33
Grafica 5 Comparativo estado diaclasas
Fuente: Autores
En la anterior grafica se puede observar, que los valores estimados en el diseño para el estado de las diaclasas no
coincidieron en su gran mayoría por exceso y por defecto con los valores encontrados en el proceso de construcción,
lo que genera una diferencia que deberá ser tenida en cuenta en los próximos diseños de túnel para esta formación
geológica como un factor para la reducción del riesgo geológico.
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ESTA
DO
DIA
CLA
SAS
ABSCISAS
ESTADO DIACLASASDISEÑO
ESTADO DIACLASASCONSTRUCCIÓN
34
Grafica 6 Comparativo RQD
Fuente: Autores
En la anterior grafica se puede observar, que los valores estimados en el diseño para el RQD no coincidieron en su
gran mayoría por exceso con los valores encontrados en el proceso de construcción, lo que genera una diferencia
que deberá ser tenida en cuenta en los próximos diseños de túnel para esta formación geológica como un factor para
la reducción del riesgo geológico.
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RQ
D
ABSCISAS
RQD DISEÑO
RQDCONSTRUCCIÓN
35
Grafica 7 Comparativo clasificación RMR
Fuente: Autores
En la anterior grafica se puede observar y ratificar las diferencias obtenidas en los anteriores componentes del RMR,
dado que esta clasificación se obtiene de la sumatoria de sus componentes, esto nos llevan a advertir que el RMR es
una clasificación que deberá ser ajustada en el momento del diseño del túnel para así permitir una reducción en el
riesgo geológico.
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RM
R
ABSCISAS
RMR DISEÑO
RMRCONSTRUCCIÓN
36
9. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
De acuerdo a la metodología aplicada y al análisis de la información encontrada, se
realizaron tablas de resumen y comparación de datos (ver ANEXO 3), esta
información fue procesada estadísticamente y se obtuvieron los siguientes
resultados:
9.1 ECUACIONES DE CORRELACIÓN
Para las ecuaciones de correlación de los sistemas de clasificación RMR y GSI, de
cada uno de los tipos de rocas encontrados, se basó en la ecuación teórica
RMR = GSI + 5, la cual fue graficada como base para ser comparada con la
ecuación encontrada a partir de los datos de los registros de excavación.
- Areniscas Grafica 8 Ecuación correlación RMR – GSI Areniscas
Fuente: Autores
La anterior grafica se desarrolló a partir de la tabla de comparación de RMR y GSI
(ANEXO 3) de Areniscas, en esta grafica podemos ver en color naranja la ecuación
original de correlación de RMR y GSI, y la línea azul es una línea de tendencia lineal
de los resultados de la clasificación RMR y GSI en el frente de excavación.
37
- Arcillolitas Grafica 9 Ecuación correlación RMR – GSI Arcillolitas
Fuente: Autores
La anterior grafica se desarrolló a partir de la tabla de comparación de RMR y GSI
(ANEXO 3) de Arcillolitas, en esta grafica podemos observar en color naranja la
ecuación original de correlación de RMR y GSI, y la línea gris es una línea de
tendencia lineal de los resultados de la clasificación RMR y GSI en el frente de
excavación.
38
- Limolitas Grafica 10 Ecuación correlación RMR – GSI Limolitas
Fuente: Autores
La anterior grafica se desarrolló a partir de la tabla de comparación de RMR y GSI
(ANEXO 3) de Limolitas, en esta grafica podemos observar en color naranja la
ecuación original de correlación de RMR y GSI, y la línea verde es una línea de
tendencia lineal de los resultados de la clasificación RMR y GSI en el frente de
excavación.
9.2 COMPONENTES DEL RIESGO GEOLÓGICO
A partir de la tabla de comparación de diseño y construcción (ANEXO 3), se procedió
a graficar la distribución estándar para cada uno de los componentes de la
clasificación RMR, estado de las diaclasas, separación de las diaclasas, RRS y
RQD tanto en diseño como en construcción, para determinar los factores de
corrección para cada uno de ellos y así determinar la veracidad de los resultados
obtenidos al comparar los registros de clasificación del diseño y construcción de los
túneles.
39
- RQD Grafica 11 Desviación RQD
Fuente: Autores
La anterior grafica fue desarrollada a partir de la tabla resumen de clasificación
durante el diseño y construcción (ANEXO 3), en esta grafica se muestra una
distribución estándar de la diferencia del componente RQD, que pertenece a la
clasificación RMR, siendo la línea naranja la media y las líneas amarilla y gris el
valor de la media ± σ, estas dos líneas son las que nos permiten establecer que los
resultados entre ellas estén en el 68.26 % de certeza, al obtener un rango de valores
que deberán ser tenidos en cuenta en el momento del diseño para así ajustar el
componente RQD durante el proceso de caracterización geomecánica del diseño, y
de esta manera reducir la diferencia que se podría presentar en el momento de la
construcción.
40
- RRS
Grafica 12 Desviación RRS
Fuente: Autores
La anterior grafica fue desarrollada a partir de la tabla resumen de clasificación
durante el diseño y construcción (ANEXO 3), en esta grafica se muestra una
distribución estándar de la diferencia del componente RRS, que pertenece a la
clasificación RMR, siendo la línea naranja la media y las líneas amarilla y gris el
valor de la media ± σ, siendo estas dos líneas las que nos permiten establecer que
los resultados entre ellas estén en el 68.26 % de certeza, al obtener un rango de
valores que deberán ser tenidos en cuenta en el momento del diseño para así
ajustar el componente RRS durante el proceso de caracterización geomecánica del
diseño, y de esta manera reducir la diferencia que se podría presentar en el
momento de la construcción.
41
- Estado diaclasa
Grafica 13 Desviación Estado de las Diaclasas
Fuente: Autores
La anterior grafica fue desarrollada a partir de la tabla resumen de clasificación
durante el diseño y construcción (ANEXO 3), en esta grafica se muestra una
distribución estándar de la diferencia del componente estado de las diaclasas, que
pertenece a la clasificación RMR, siendo la línea naranja la media y las líneas
amarilla y gris el valor de la media ± σ, siendo estas dos líneas las que nos permiten
establecer que los resultados entre ellas estén en el 68.26 % de certeza, al obtener
un rango de valores que deberán ser tenidos en cuenta en el momento del diseño
para así ajustar el componente estado de las diaclasas durante el proceso de
caracterización geomecánica del diseño, y de esta manera reducir la diferencia que
se podría presentar en el momento de la construcción.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
DIS
TRIB
UC
IÓN
DIFERENCIA ESTADO DE LA DIACLASAS
DESVIACIÓN ESTADO DE LAS DIACLASAS
DISTRIBUCIÓN DE DATOS MEDIA
MEDIA + σ MEDIA - σ
42
- Separación diaclasas
Grafica 14 Desviación Separación de las Diaclasas
Fuente: Autores
La anterior grafica fue desarrollada a partir de la tabla resumen de clasificación
durante el diseño y construcción (ANEXO 3), en esta grafica se muestra una
distribución estándar de la diferencia del componente separación de las diaclasas,
que pertenece a la clasificación RMR, siendo la línea naranja la media y las líneas
amarilla y gris el valor de la media ± σ, siendo estas dos líneas las que nos permiten
establecer que los resultados entre ellas estén en el 68.26 % de certeza, al obtener
un rango de valores que deberán ser tenidos en cuenta en el momento del diseño
para así ajustar el componente separación de las diaclasas durante el proceso de
caracterización geomecánica del diseño, y de esta manera reducir la diferencia que
se podría presentar en el momento de la construcción.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14
DIS
TRIB
UC
IÓN
DIFERENCIA SEPARACIÓN DE DIACLASAS
DESVIACIÓN SEPRACAION DE LAS DIACLASAS
DISTRIBUCIÓN DE DATOS MEDIA
MEDIA + σ MEDIA - σ
43
10. CONCLUSIONES
La ecuación de correlación para la clasificación por los métodos RMR y GSI
de las Areniscas de la formación San Juan de Río Seco fue:
RMR = 0.7351*GSI + 18.861, lo que genera que los valores de GSI por
debajo de 52.32 serán incrementados y los valores de GSI por encima de
53.32 serán disminuidos con respecto a la fórmula original.
La ecuación de correlación para la clasificación por los métodos RMR y GSI
de las Arcillolitas de la formación San Juan de Río Seco fue:
RMR = 0.7781*GSI + 14.66, lo que genera que los valores de GSI por debajo
de 43.53 serán incrementados y los valores de GSI por encima de 43.53
serán disminuidos con respecto a la fórmula original.
La ecuación de correlación para la clasificación por los métodos RMR y GSI
de las Limolitas de la formación San Juan de Río Seco fue:
RMR = 0.8291*GSI + 13.629, lo que genera que los valores de GSI por
debajo de 50.49 serán incrementados y los valores de GSI por encima de
50.49 serán disminuidos con respecto a la fórmula original.
Las ecuaciones de Limolita y Arcillolita presentan menor cambio con la
ecuación original y a su vez son las que menor presencia tienen en el túnel;
sin embargo, la ecuación de la arenisca obedece a una mayor variación con
respecto a la ecuación teórica y aporta un número superior de registros en el
túnel, dado que sus puntos presentan gran dispersión con respecto a las
demás, dándole a esta ecuación la mayor relevancia en este estudio.
Se determinó que los componentes del RMR que no se pueden comparar
son la presencia de agua, dado que esta se ve alterada en el momento de la
perforación por que los taladros requieren agua para la ejecución de los
sondeos, razón por la cual altera la humedad de las rocas para su etapa de
diseño.
Se concluyó que los valores del RQD, estado de las diaclasas y separación
de las diaclasas de la clasificación RMR, presentan una mayor diferencia que
infiere directamente en el riesgo geológico que podrá llevar el proyecto, lo
que conlleva a requerir que en la etapa de diseño se castiguen estos valores
con un factor de corrección para disminuir así el riesgo geológico que pueda
llegar a presentarse.
44
Para obtener una certeza del 68.26% de los datos del RQD se debe aplicar
un factor de corrección entre 10.51 y -1.67 en los datos de diseño al momento
de realizar la caracterización del macizo rocoso, para obtener un ajuste al
componente RQD y así reducir la diferencia que se podría presentar en el
momento de la construcción. Esta diferencia considerable de rangos se debe
a que el RQD es un elemento del RMR muy variable que depende de las
condiciones de la roca, y en tramos muy cortos del macizo pueden
presentarse fallas o estratificaciones que hacen que la longitud de los núcleos
obtenidos sea muy variable, disminuyendo o aumento el valor del RQD.
Para obtener una certeza del 68.26% de los datos del RRS se debe aplicar
un factor de corrección entre 0.86 y -1.44 en los datos de diseño al momento
de realizar la caracterización del macizo rocoso, para obtener un ajuste al
componente RRS y así reducir la diferencia que se podría presentar en el
momento de la construcción. Esta mínima diferencia de rangos se debe a
que el RRS es un valor asignado a la resistencia de compresión de las rocas
y el tipo de roca encontrada no presenta variación en comparación con las
estimadas en el diseño.
Para obtener una certeza del 68.26% de los datos del estado de las diaclasas
se debe aplicar un factor de corrección entre 9.35 y -3.15 en los datos de
diseño al momento de realizar la caracterización del macizo rocoso, para
obtener un ajuste al componente del estado de las diaclasas y así reducir la
diferencia que se podría presentar en el momento de la construcción. Esta
diferencia considerable de rangos se debe a que el estado de las diaclasas
es un elemento del RMR muy variable que depende de las condiciones del
macizo, y en tramos muy cortos pueden presentarse alteraciones y cambios
drásticos, lo que ocasiona que los valores asignados cambien súbitamente.
Para obtener una certeza del 68.26% de los datos de la separación de las
diaclasas se debe aplicar un factor de corrección entre 8.50 y -1.63 en los
datos de diseño al momento de realizar la caracterización del macizo rocoso,
para obtener un ajuste al componente de la separación de las diaclasas y así
reducir la diferencia que se podría presentar en el momento de la
construcción. Esta diferencia considerable de rangos se debe a que la
separación de las diaclasas es un elemento del RMR muy variable que
depende de las condiciones del macizo, y en tramos muy cortos pueden
presentarse alteraciones y cambios drásticos, lo que ocasiona que los
valores asignados cambien súbitamente.
45
11. RECOMENDACIONES
En el momento de la elaboración de este trabajo, el proyecto ruta del sol
cuenta con los túneles de las Lajas y planea el diseño y construcción de otros
túneles que presenten una alternativa técnica, económica y ambiental para
terminar dicho proyecto, sus longitudes y localizaciones aún no están
definidas; sin embargo, su construcción será realizada en macizos rocosos
de características similares, por esta razón se recomienda sea recopilada la
información de diseño y construcción de los túneles para así corroborar o
corregir la información que fue presentada en este trabajo.
Se recomienda la elaboración de una ecuación de correlación entre los
sistemas Q de Barton y RMR para las rocas de la formación San Juan de Rio
Seco, que permitan encontrar por otros métodos equivalencias que servirán
al momento del diseño de futuros túneles, dado que el Q de Barton es otro
método de clasificación que puede ser empleado en el desarrollo de los
túneles.
Se recomienda que los futuros levantamientos de los registros de
construcción de túneles sean llevados a cabo en toda la longitud del mismo,
para así obtener una mayor cantidad de datos y de esta manera generar
factores de correlación más confiables.
Para futuros diseños de túneles emplazados en la formación San Juan de
Río Seco, se recomienda utilizar los factores de correlación del componente
RMR presentados en este trabajo, como una herramienta para reducir el
riesgo geológico que se presentara en el momento de la construcción de los
túneles.
Dado el desarrollo en infraestructura por el que está atravesando el país con
la construcción y ampliación de nuevas vías dentro de los proyectos de 4G y
APP´S, que tendrán túneles de diversas longitudes y características
emplazados en otros macizos rocosos, es recomendable recopilar los datos
de diseño y construcción de los túneles, para desarrollar diferentes
ecuaciones de correlación que permitan ampliar el conocimiento de
geotecnia de túneles en el país.
46
12. BIBLIOGRAFÍA
Instituto Colombiano de Normas Técnicas. Normas Colombianas para la
presentación de tesis, trabajos de grado y trabajos de investigación. Sexta
actualización. Bogotá D.C.: ICONTEC, 2008. NTC 1486.
Instituto Colombiano de Normas Técnicas. Referencias bibliográficas.
Contenido, forma y estructura. Bogotá D.C.: ICONTEC, 2008. NTC 5613.
Garrido, Mercedes. (2003), Evaluación del coeficiente de seguridad del
sostenimiento de galerías y túneles en función de su rigidez y distancia al
frente en diferentes macizos rocosos y caracterización mediante el método
de impacto-eco. Madrid. pp. 24-25.
Gonzales de Vallejo. Luis Ignacio: Ingeniería Geológica, Madrid, 2002, pp
229 - 233.
Goodman, Richard E, Intrduction to rock mechanics (Introducción a la
mecánica de rocas). Wiley, Canadá 1989, 19-33 pp.
Hoek, E. (2000), Practical Rock Engineering. Nort Vancouver,B.C. pp. 53-54.
Ocampo, Manuel (2011), Mecánica de rocas, Clasificaciones Geomecánicas.
Bogotá, Pontificia Universidad Javeriana. pp. 26-28.
ANEXO 1
INFORME GEOLÓGICO Y REGISTROS DE
PERFORACIONES
ANEXO 2
REGISTROS GEOMECÁNICOS DE
CONSTRUCCIÓN
ANEXO 3
TABLAS
ANEXO 4
PLANO