geologia de tuneles - ensayos de colegas - jucbram
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GEOLOGIATRANSCRIPT
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16/4/2015 GeologiaDeTunelesEnsayosdeColegasJucbram
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GeologiaDeTunelesByjucbram|Studymode.com
ParaelProyectodeuntnelesdeimportanciacapitalelconocimientodelterrenoporelcualvaadiscurrirelmismo.Delascaractersticasdelarocadependerelmtododeexcavacin,lacuantadesostenimientoacolocar,lasmedidasdeimpermeabilizacinqueseempleeninclusoeltrazadopuedeversecondicionadoenocasionesporlascaractersticasgeolgicasdelosmaterialesatravesados.2Losobjetivosbsicosquedebecumplirunestudiogeolgicoprevioalaconstruccindeuntnelsonlossiguientes:3Definirlascaractersticasfsicasdelterrenoquevaaseratravesado:litologa,estructura,presenciadeagua,...Definirlosparmetrosquecaracterizanelterreno:resistenciaacompresinsimple,cohesin,rozamiento,permeabilidad,...LDefinirlaaptituddelterrenoenordenalaconstruccindeuntnel,generalmenteenbasealaexperiencia,yofrecercriteriosbsicosautilizarporeldiseador:mtodoconstructivo,sostenimiento,medidasespeciales,...Expresarelgradodeincertidumbrequesemantienedespusdelestudio,enfuncindelgradodedefinicindeste,enrelacincontodoloanterior.Unestudiogeolgicocompletoconstaopuedeconstardevariosmtodosdeinvestigacin.Engeneralresultaconvenienteempezarsiempreconlosmseconmicosparaobtenerunaideageneraldelproblema,ypasarluegoalosmtodosmsprecisosymscostososparadespejarlasincertidumbresquehayanpodidoplantearse.Latabla3.1ofreceunapanormicacompletadetodoslosmediosdeinvestigacinusadoshabitualmente,juntoconlainformacinqueseextraedecadaunodeellos.Dadoqueelmbitodelpresentemanualsereducealostnelesdecarreteraexcavadosenroca,enlaredaccindeestecaptulonoshemoslimitadoaestecaso.Lostnelesensuelosrequierenuntratamientobastantediferenteytienenunatecnologapropia.
EXCAVACINYAUSCULTACIN
CompoitnrizientorielinacizorocosonescalnredDedmcindeparimetiosdelalacaporetmarzilisisdelosresultadosde/anrucultncrn~
1iqJ4Fpr
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econocimientosprevios1A\~,~\LIssLALITERATURAEXISTENTELaprimeraaproximacinquesedebehacerenDEtodoestudiogeolgicoeslarecopilacindetodalainformacinquesepuedaconseguir,publicadaynopublicada,delazonadeestudio.stapermitedisponerdegrancantidaddedatosaprovechandoeltrabajorealizadoconanterioridadporotrosprofesionales.LageologaagranescaladetodoelpasestpublicadaporelInstitutoTecnolgicoGeominerodeEspaa(ITGE)ensuplanogeolgicoaescala1:50.000,SerieMagna,queofrecedatosdeestratigrafa,tectnica,historiageolgica,petrologa,hidrogeologayotros.Elestudiodeestapublicacinpermiteconocerbastantesdatosprimariosdeinters:litologadelosterrenosatravesadosporeltnel,fallasoplieguesdeimportancia,periodogeolgicoalquecorrespondenlosmateriales,etc.ElITGEtieneotraspublicacionesquepuedenresultarinteresantessegnloscasos,entre
ellasestelMapaGeotcnicoGeneralaescala1:200.000,aunquenosueleaportarmuchosdatosdebidoalapequeaescalaaqueestrealizado.TambinestdisponibleelMapaHidrogeolgicodeEspaa,aescala1:200.000,queofreceinformacinsobreformacionesporosas,fisuradasykarstificadas,aforos,consumosdeagua,inventariodepuntosdeagua,nivelesfreticosyflujossubterrneosdeagua,etc.EnelmbitodelPasVasco,elEVE(EnteVascodelaEnerga)hadesarrolladounosestudiosdegraninters,ytienepublicadoelplanogeolgicodelPasVascoaescala1:25.000.Porotraparte,sienlasproximidadesdeltnelenproyectoexistenotrasobrascivilesoexplotacionesminerasdeimportancia,esmuyprobablequeexistanestudiosgeolgicosrelacionadosconellas,quepuedenlocalizarse,porejemplo,enlacopiadelProyectoConstructivocorrespondientequenormalmentedebeestardisponibleenelarchivodelMinisteriodeObrasPblicas,TransportesyMedioAmbiente,DiputacionesForales,oelorganismocompetenteLOSparesdefotografasareasestudiadasestereoscpicamentesondemuchautilidadparalosestudiosgeolgicos.Permitenobservaraccidentestectnicos,estratigrficosygeomorfolgicosconbastantemsclaridadquesisonobservadosinsitudesdeelsuelo.Parainterpretaradecuadamentelasfotosareasesnecesariaciertaexperienciaporpartedelgelogo,quedebecompletarconelreconocimientosobreelterrenodelazonadeestudio.Existentcnicasespecialestalescomoinfrarrojos,fotosencolor,oblicuasoinvestigacinconradar,peroelsistemamsusadoeseldelasfotografasverticalesenblancoynegrotradicionales,yaquelosotrossistemassloaportandatosdeintersencontadasocasiones.Enlibrerasespecializadaspuedenencontrarsefotografasdelatotalidaddelterritorioespaol,perotienenelinconvenientedequesuelenserantiguas.SonpreferibleslasfotosrecientesquesehayanobtenidocomopartedelProyectodeTnel,enconcretoparaelaborarlacartografa,queesunpasopreviodecualquierproyectodecarreteras.
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RECONOCIMIENTOSSUPERFICIALESLOSreconocimientossobreelterrenocompletanlainformacinqueesposibleobtenerdirectamente,sinmediosauxiliares.Elestudiotomarenconsideracinlageomorfologadelazona,lahidrogeologasuperficialyelestudiodeafloramientosrocosos.Dentrodelahidrogeologadebenestudiarselossiguientesaspectos:surgenciasdeagua,redesdedrenajesuperficial,indiciossuperficialesdekarstificacinypresenciadevegetacin.Elestudiodelosafloramientosesmuyimportante,yaquepermitecaracterizarlarocasuperficialmente,ytenerunaideadecmosepuedeencontrarenprofundidad.Debedeterminarse,porunlado,lalitologaexactadelafloramiento,yporotro,lacaracterizacindelasjuntaspresentesenelmacizorocoso.Losparmetrosquedebenserdeterminadosparacadafamiliadejuntasobservadasonlosqueacontinuacinsedescriben:TIPOYNUMERODEFAF\RILIAS.Se
FOIOGRAF~ASACREAS
debedeterminarenprimerlugarelnmerodefamiliasdejuntaspresentesenelmacizo(generalmentetres),yelorigendecadauna:sisetratadeunadiaclasa,delaestratificacinodealgntipodeesquistosidad.
OR!ENTACI~NLaorientacindeunajuntasedescribemedianteelbuzamientoyla.
direccindebuzamiento,obienmedianteelrumboyelbuzamiento.Elsignificadodecadaparmetrosepuedeobservarenlafigura3.1.Laorientacindeunajuntasemideconlabrjuladegelogo.Comogeneralmenteesvariabledeunaszonasaotras,ypara
corregirerroresdemedida,sedebenefectuarunnmeroaltodelecturas,enelmismoafloramientoyenotrosprximos.Losdatosdecadamedidaserepresentanenundiagramaestereogrfico(figura3.2),y,medianteunatcnicaestadstica,seobtieneunvalorrepresentativoparaelbuzamientoydireccindebuzamientodecadaunadelasfamiliasdejuntaspresentesenelmacizo,queessimplementeelcentrodegravedaddelospolosmscercanos.EstaDirecciondebuzamientooperacinsepuederealizarmanualmenteconayudadeunaplantillaobienmedianteordenadoryalgnprogramacomercial.Rumbo=i)~uzamiento=pDirecciondeBuzamiento=a
l[
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ESPACIAMIENTO.espaciamientoesladistanciaElexistenteentredosjuntasdeunamismafamilia,quetericamentesondosplanosparalelos,ydebemedirseenladireccinperpendicularadichoplano.Enelcamposemideconcintamtrica,corrigiendoelvalorsegnelngulorelativoentrelosplanosencuestinyelplanosegnelcualsehamedido(figura3.3).Esconvenientemedirenvariospuntosyobtenerelespaciamientomedio,puespuedevariardeunaszonasaotras.PERSISTENCIA.Lapersistenciaesladistanciaalolargodelplanoquecontienelajuntaqueestrealmenteocupadaporsta.Midelacontinuidaddelajuntadentrodesuplano.Sueleserdelordendevariosmetros,porloquesumedicinpuederesultarcomplicada.Enmuchasocasioneslajuntaespersistenteentodalazonaqueaflora,peronoesposibleconocerloquesucede,msall,enelinteriordelmacizorocoso.RUGOSIDAD.Larugosidadmidelafacilidadquepresentaunajuntaaldeslizamientoafavordesuplano.Numricamentestaserepresentaporlacohesinyelnguloderozamiento,queseobtienenmedianteensayosdelaboratorio.Enlosreconocimientosdecampo,noobstante,sepuedeestablecerunaclasificacincualitativa.Laclasificacinseestableceennuevegruposcondoscriterios:larugosidadapequeaescala(centmetros)yamedianaescala(metros).Apequeaescalalajuntapuedeser:rugosa,suaveolisa,yamediaescalapuedeser:escalonada,onduladaoplana.Enlafigura3.4semuestralaclasificacin.Bartonhaelaboradounaexpresinquepermitecalcularelnguloderozamientodelajuntaapartirdesurugosidad:
Hemisferio
Discontinuidad(K)
estereogrjcadejuntas
9,=JRC.lag,,+%0,
JCS
di'icontinuidadesI
Sr=sm*Sena
RUGOSAISUAVE/'
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II111
/
A
LlSAESCALONADA
RUGOSAIV
vVI
SUAVE/
LlSAONDULADA
donde,$,:nguloderozamientodepicoJRC:JointRoughnessCoefficient,queseobtienedelarugosidadobservadaenlafigura3.5.JCS:JointWallCompressionStrenght,queeslaresistenciaacompresinsimpledelasparedesderocajuntoaladiscontinuidad.o":Tensinnormalefectiva(sincontarlapresindeagua)queactaperpendicularmentealplanodelajunta.gr:nguloderozamientoresidual,sepuedetomarcomo30".LTE21:1~~1Indicaladescomposicinsufridaporlapartederocaqueestencontactoconlajunta.Seutilizaunaescaladeseisvaloresconlossiguientessignificados:\
RUGOSAVI1SUAVEVlllLlSA
,.
/
\
IX
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PLANA
1.Rocasana,noalterada.2.Ligeramentealterada.3.Moderadamentealterada.4.Altamentealterada.
5.Completamentealterada.6.Sueloresidual.3r7i~Laaperturaesladistanciaentre.Alasparedesderoca,obien,laanchuradelajuntamedidaperpendicularmenteasuplano.Oscilaentrecero(completamentecerrada)yvarioscentmetros.,\
PERFILESTIPICOSDERUGOSIDADJRC02
l
i:\:~,
Sedebeindicarladescripcrnlitolgicaomineralgicadelmaterialquerellenalajunta,siexiste.Losrellenosmshabitualesson:
s
Ningnrelleno.oMineralizaciones:calcita,cuarzo,pirita,etc.Arcilla.Limo.Arenaograva.eRocadescompuesta,condiversosgradosdealteracin.'F:SEi'\rC1L\?Ec,.Seindicadeformacualitativaelestadodelajuntaenrelacinconelaguaqueafloraporlamisma:seca,hmeda,goteos,flujocontinuodeagua,etc.Tambinsepuedeindicarsielrellenohasidolavadoporlafluenciadeagua.Sielflujoesaltopuedeestimarseelcaudalenlitrosporminutoypormetrodejunta.
PeijGlesderugosidadparaelclculodeJRC
o
5
1o
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0cm.ESCALA
m
Algunosmtodosgeofsicostienenunaseriedeventajasquehacenquesuuso,enlosestudiosgeolgicogeotcnicosparatneles,sehayangeneralizado.Enprimerlugar,setratademtodosrelativamenteeconmicos,porloquepuedenutilizarseconciertaamplitud.Porotraparte,tantolaobtencindedatosencampocomolainterpretacindelosresultados,sepuedellevaracaboenpocotiempoy,porltimo,sonmtodosnodestructivos,porloquenodeterioranlazonadondesonutilizados.Tienenlosinconvenientesdeunaprecisinmenorquelossondeos,yque,parasuinterpretacin,sonnecesariosconocimientosespecficosyunaexperienciaadecuada.Existenactualmentedisponiblesunnmeroimportantedemtodosgeofsicos:elctricos,trmicos,radioactivos,gravimtricos,magnticos,ssmicos,etc.Desdesuperficieseusaprincipalmentelassmicaderefraccinydesdeelinteriordelossondeos,yalolargodelosmismos,sepuedenrealizardiversastestificacionesgeofsicas,diagrafasologs,delasdistintaspropiedadesfsicasdelmacizorocosocomo:densidad,resistenciaelcrica,velocidadsnica...Elrestodelosmtodossuperficialestienenintersnicamenteparaproblemasconcretosyparaciertastcnicasdeexploracindeyacimientosminerales,petrolferosyaguassubterrneas,porloquenosonobjetodeestudioenestaspginas.
ss!ii,!?rc~REFT'\?CCI~~NLassmicaderefraccinsebasaenelestudiodelaDEpropagacindelasondasssmicasenelterreno.Lavelocidaddepropagacindeestasondasesfuncindeltipodematerial,desuestructura,composicin,densidad,contenidodeagua,etc.,porloquelassmicaproporcionabastanteinformacinacercadelascaractersticasdelterreno.Cuandounaondapasadeunmaterialaotrodistinto,seproduceelfenmenodenominadorefraccin,quesemanifiestacomoconsecuenciadelasdiferentesvelocidadesdepropagacindelaondaencadamaterial.Larefraccinconsisteenladesviacindeltrendeondasunciertongulo,funcindelarelacinentreambasvelocidades.Lasondasssmicassonlaformaenquesetransmitelaenergadetipoelsticootensodeformacionalatravsdelterreno.Existendostiposprincipalesdeondas,dependiendodelarelacinentreladireccindevibracindelaspartculasyladireccindepropagacindelaonda(vasefigura3.6):CNDASL:~~\!STUD!R\IALES.primariasoP.Son
aqullasenlasquelaspartculasvibranenlamismadireccindelapropagacindelaonda.Sonondasdecompresin,suvelocidadesmayorquelosdemstiposdeondasy
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puedentransmitirseporloslquidos.ONDASIRANSiIEII5ALES.secundariasoS.Laspartculasvibranperpendicularmentealadireccindepropagacindelaonda.Sonondasdecortante,suvelocidadesmenorynosetransmitenenmediolquido.
Tiposdeondas
Existentambinondassuperficiales,queseformanalolargodeloscontactos,porejemploenlasuperficiedelterreno(ondasL).
obtencindeztnpeirfZlssmico
W1751,144
LarelacinaproximadaentrelavelocidaddelasondasPySeslasiguiente,vlidaparaCoeficientedePoissonu=0.25:Vp=1.732VsElequiponecesarioparaefectuarunainvestigacinssmicaincluyelafuentedeenerga,losdetectoresyelequipodegrabacindelosdatos.Lafuentedeenergaeselmecanismoqueproducelaonda,ypuedeserunmartillo,unaspesasquesedejancaerdesdeunaciertaalturaoinclusoexplosivos.Laondasedetectamediantelosaparatosdenominadosgefonos,quetransformanelmovimientoenunasealelctrica.Lasealserecogeyalmacenaenunsismgrafo.Losgefonossesitanalolargodeunalnearectallamadaperfilssmico.Losperfilessuelenserdeunos100metrosdelongitud,colocndoselosgefonosaintervalosregularescada10metrosaproximadamente(verfigura3.7).LalongituddelperfildebeserdeunastresveceslamximaGefonosMazaprofundidadquesevaainvestigar1conobjetodepoderrecibirlasondasrefractadas.Conlosperfilesnormalesde100metrosseexploraelterrenohastaunaprofundidaddeunos30metros.Apartirdelosregistrossismogrficosobtenidos,sepuedendeterminarlasvelocidadesdepropagacinVpyVsdelasdistintascapasdelterrenoascomolasprofundidadesdeloscontactosentredistintosmateriales.Parasudeterminacinexistenvariosmtodos(MtododelosFrentesdeOnda,MtodoMsMenos,...)queseutilizanconayudainformtica.Enlafigura3.8semuestraunperfiltpicoobtenidoconssmicaderefraccin.,,,,,,,,,I17SWApartirdelavelocidadVppuede168192DISTANCIA(M)estimarselaripabilidaddeunVELOCIDADSlSMlCAENrnlsgterreno(figura3.9),asicomosugradodealteracinyfracturacin(figura3.10)mediantelacomparacinconlosvaloresconsideradostpicosparacadatipoderoca.TambinsepuedenobtenerelmdulodeelasticidadyelcoeficientedePoissondinmicosdelarocamediantelasexpresiones:
,
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Ripabilidaddeunterrenoenfuncindelavelocidadssmica
mRIPABLECONUNTRACTOR
L__
0RIPABLESOLAMENTETRASROTURAPOREXPLOSIVOS
ivlARGlNALORIPABLEPORDOSTRACTORESENTANDEM
siendoyladensidaddelaroca.
I
MATERIALSUELOSSuelosuaerficialLoessAluvialsueltoColuvialsueltoAluvialfirmeColuvialfirmeArcillasMorrenasalaciales(Comoactas)Residual
d
I
Velocidad
(m/S)
1111
ROCASSEDIMENTARIASAreniscasLutitasBlandaCristalinaAnhidrita.Yeso.Sales
ROCASMETAMORFICASPizarrasEsauistosGneisMarmolCuarcitas
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11
I
ROCASIGNEAS
VelocidadestQicas1depropagacinsegnmateriales
GranitoGranodioritaGabroDiabasaBasaltoNOTAS:(1)Lasvelocidadesensuelossonparamaterialseco
(2)Lasvelocidadesenrocadecrecenconlaalteracinylafracturaciondeesta
Enelproyectodetnelesdecarretera,laaplicacinmshabitualdelassmicaderefraccineselestudiodelasboquillas,yaquedeterminalasprofundidadesdelarocasanayalteradaypermiteestablecerelpuntomsconvenienteparaelemboquilledeltnel.Paraelestudiodelascaractersticasdelarocaaprofundidadesgrandes,puedenemplearsealgunodelosmtodosdescritosacontinuacin,quenecesitanlaperforacinpreviadeunoovariossondeos:3PiiOLL.LOSgefonossecolocanenlasuperficieylaenerga,habitualmentemedianteexplosivos,seproduceenelinteriordelsondeoaprofundidadesvariables.
DU~&N~DLEESelsistemacontrario,laenergasesuministraenlasuperficieyel.gefonosesitaaunaciertaprofundidadeneltaladropormediodeunasonda.C%G~SHOLE.utilizacuandosetienenvariossondeosalolargodelatrazadeunSetnel.Enunodeellosseproducelaondayenlosotrossecolocangefonosaprofundidadessimilares.Estoserepiteavariasprofundidadesparacaptarlasvelocidadesssmicasencadaestratodelmacizo.
geofsicadeunsondeo,permitemedirlaspropiedadesfsicasdelterrenoatravesadopordichosondeo.Paraelloseintroduceunasondaotorpedoeneltaladro,quellevaensuinteriorlosaparatosgeofsicoscorrespondientes.Enelexteriorsedisponeunapoleacalibradaparapoderconocerlaprofundidadexactaaqueestlasondayunsistemaelectrnico,normalmenteunordenadorpersonalporttil,querecogeyalmacenalainformacinqueleenvalasonda.
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Comoresultadofinalserepresentalamagnitudmedidaenfuncindelaprofundidadalolargodelsondeo,ysecorrelacionaconlatestificacingeolgicaquesehaefectuadodelmismo(figura3.11).
ELEVO
LOG"9PCB'S20
(PPNI75
,O
ioc
Ejemplosdediagdfas
Acontinuacinsedescribeseparadamentecadaunadelasdiagrafasqueseempleanmshabitualmente.
Semidelaresistenciaelctricaentreunelectrodocolocadoensuperficieyotrosituadoenlasonda,paralocualelsondeosedeberellenarconunfluidoconductor.Otraposibilidadestransmitirunacorrienteelctricaentrelasuperficieylasonda,ymedirlaresistenciaentreotrosdoselectrodossituadostambinenlasondaEstelogpermiteidentificardistintasIitologasyfijarcontactosentrediversosmateriales.Tambinpuedelocalizarzonasporosasypermeables,queconducenmejorlacorrienteelctrica.CL
..rS'S:3ci,
rix3
rz3ca,~zsElPotencialEspontneooSPmideladiferenciadepotencialelctricoentreunelectrodocolocadoenelinteriordelasondayotroenlasuperficie.PermitedistinguirdistintasIitologas,localizarcontactosydetectarzonaspermeables.S
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.Uz3iri,o:
Enlasondasedisponeunsistemaqueproduceunacorrienteelctricaalternadealtafrecuencia.staproduceasualrededoruncampomagnticovariable,quesetransmiteporlaroca,ygeneraenstacorrientessecundariastambinvariables.stasasuvezcreanuncampomagnticosecundarioqueesregistradoporunsensorsituadotambindentrodelasonda.Sedetectanconestemtodolaszonaspermeablesyfracturadas,ascomoloscontactosentredistintasIitologas.
i*IL:CcaC\'
z_::ie
=?
A=,
a=,
S~~
Conestemtodosemidelaradiactividadnaturaldelmacizoconunsistemasensiblealosrayosgammacolocadoenlasonda.Sualcanceesdeunospocoscentmetros.PermitedistinguirlaIitologaenformacionessedimentarias,yaquelasarcillasypizarrastienenuncontenidoaltodemineralesradiactivos,mientrasquelascalizasyareniscaslotienennormalmentebajo.Puedenexistirperturbacionesdebidasaintrusionesvolcnicasosedimentosgranticos.CC,,_,7:i
'/.i
,),,,
c
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qc\:?S*.Enlasondasecolocaunafuenteradiactivadeneutronesrpidos.Losneutroneschocanconlostomosdehidrgenodelarocaysondecelerados,siendoabsorbidosporotrosncleosatmicosdelterreno.Enestaabsorcinsedesprendeunrayogamma,queesdetectadoporunsensorsituadoenlasonda.Dadoquelamayorpartedelostomosdehidrgenodelterrenocorrespondenalamolculadeagua(HzO),estelogpermitedistinguirlaszonascondistintoscontenidosdeagua.
~~2,~s,#AElloggammagammaproporcionaunamedidadeladensidaddelarocaporelsiguientesistema:unafuenteradiactivaderayosgammacolocadaenlasondaemiteestaradiacin,queesparcialmentereflejadaporelterrenoproporcionalmentealadensidaddeste,ycaptadaporunsensorqueestenlasonda.s~s,~/tll~s~pt
~353,\iicc.Enlasondasesitanunemisoryunreceptordeondasacsticaso5sonoras,ysemideeltiempotranscurridoentrelaemisinylarecepciny,portanto,lavelocidadsnicaodepropagacindelasondasdecompresinsonorasporelmaterial.Enecesarioqueelsondeosellenedeaguaolododeperforacin.sPermitedistinguirdistintaslitologasyporosidades,yconotrosdatostalescomoladensidad,sepuedencalcularlosparmetroselsticosdinmicosdelaroca.
J~ET?S2:/IAJ'C.t.iEnestelogsimplementesemideeldimetrodeltaladroalolargodesulongitud,quesepuedecorrelacionarconlaresistenciadelarocaosutendenciaadesmoronarse.
LO^TERMICO.Elsondeodebeestarllenodeunfluido,generalmenteagua,ysedejaenreposoparaquelatemperaturadelaguaseequilibreconladelterrenocircundante.Entoncessemidelatemperaturaalolargodelalongituddeltaladropormediodeuntermmetroalojadoenlasonda.Elregistrodetemperaturastericamentedebesercrecienteconlaprofundidad,aungradientedeungradocada40metros,aproximadamente.Lastemperaturasanmalasindicannormalmenteentradaosalidadelfluidodeltaladro,sealandozonasconunaciertacirculacindeagua.
7sondeosmecnicossonelmtodomsutilizadoparala1Los~'PIGR~A~iDADE5
investigacingeolgicadelostneles,puesproporcionaunainformacindirectadel
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materialrocosoqueseencuentraenprofundidad.Lacampaadesondeosdebesercuidadosamentepreparadaconobjetodeoptimizaralmximoelnmeroylalongituddelosmismos.Antesdeplanificarlacampaadesondeossedeberealizarelestudiogeolgicodesuperficiequepermitatenerunaideaaproximadadelarocaquesevaaencontrar,ydndepuedenlocalizarselospuntospotencialmentemscomplicados.Losobjetivosdeunacampaadesondeospreviaalproyectodeuntneldebenserlossiguientes:Estudiarlasboquillas:litologa,profundidaddelarocasana,presenciade
agua,etc.Detectarlasdistintaslitologaspresenteseneltnel,ydecadauna,obtenermuestrasparaseranalizadasenellaboratorio.Analizarlaszonasdondepotencialmentepuedanexistirfallasorocadepeorescaractersticas.Lossondeospuedenserverticales,horizontalesoinclinados.Lonormalesqueseanverticales,emplendoselosotrosparafinesespeciales.Elmtodousualdeperforacinesarotacinconcoronadediamantesowidia,quepermiteobteneruntestigocontinuodelterrenoatravesado.Enlaszonasdondenoseanecesarioobtener1BOCADEDIAMANTE4ANILLODECALIBRADO7TUBOEXTERIORtestigoentodalalongitud2ANILLOSEPARADOR5TUBODEEXTENSION8COJINETEDEBOLASdelsondeo,puedeemplearselaperforacinarotacincontriconooapercusin.Paraobtenertestigoderocaseempleageneralmenteunacoronadedobletubocomoladelafigura3.12,siendolosdimetrosdeperforacinydetestigomsfrecuentementeusadoslosquefiguranenlatabla3.2.
QQQ
ESllilcAClO~vezobtenidoelnecesarioprocederEIlUnamismo,esdecir,testigodeunsondeo,esdedatosgeofsicosalatestificacindelextraerdelunaserieyI
Columnadeunsondeo
representarlosenfuncindelaprofundidad.Esconvenienteacompaarlatestificacinconunasfotografasencolordeltestigocolocadoenlascajasportatestigo.Lafigura3.13esunacolumnatpicadeunsondeo,talycomosesuelenrepresentarhabitualmentelosdatos,ylafigura3.14eslafotocorrespondientedeltestigo
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ima
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I
FECHAREVSMANIO.BATERLong.DTATipoDiam.Recup.m)Diam.Prof.N.F.(%)
=
3
2LITOLO.,
R.Q.D.DESCRIPCION
Fracturas130cm.101
GradodeAlteracinllll
ENSAYO
g
1
a
W
255075111
24816111IIIIVV
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99,sTUBOPVC
ieriedetransicin2aI=240"125"35"11=80"90'
PROYECCIONESTEREOGRAFICAPOLOSDEDlSCONTlNUlDADESN
,brasividmedia1.A.d.ilurabilidalta99.459
70N.F.nin
Losdatosdebensertomadosporungelogoconexperienciaydeformaminuciosa.Acontinuacinseresumenlascaractersticasdelterrenoqueseobtienenmsfrecuentemente:INFORMACI~NGENERAL.Se
indicarelnmerodesondeo,ellugarylafechaderealizacinylascoordenadasdelemplazamiento.Tambinlainclinacindelsondeosinoesvertical,yeltipodecoronayeldimetrodeperforacinalolargodelmismo.
LITOLOG~A.S~unadescripcinlitolgicadelosterrenosatravesados,separandoincluirlosdiversosmaterialeseindicandolaprofundidaddecadacontacto.Tambinsesueleincluirunacolumnaconladescripcingrfica,mediantediferentestramas,delasdistintaslitologas.
?ZCU?ERA.C~&~JDETESTIGGYRQ2.Larecuperacindetestigoeslarelacinentantoporcientoentrelalongituddeltestigoylalongituddeltaladro.Cuandoelsondeoestbienejecutadoseaproximanormalmenteal100%,yserepresentaportramoshomogneos.ElRQD(RockQualityDesignation)sedefinecomolarelacinentantoporcientoentrelasumadelongitudesdelostrozosdetestigomayoresde10cmylalongitudtotaldeltaladro.Serepresentatambinportramoshomogneoshabitualmentedeformagrfica(vasefigura3.13).
,,b,,&~r$i\!.juntaseobtienensuscaractersticasrepresentativas,yaanalizadasDecadaenelapartado3.2.3.Enunsondeoesposiblemedirelbuzamiento,tipodejunta,
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espaciamiento,rugosidad,alteracin,aperturayrelleno.Habitualmentenoesposibleconocerladireccindebuzamiento,anoserqueelsondeoestorientado:entalcasoaltestigoselehaceunamarcaantesdesacarloindicandoladireccinnorte.Otroparmetroqueseobtiene,yquedaunaideadelgradodefracturacindelmacizorocoso,eselnmerodejuntascada30cmdetestigo.Serepresentaenescalalogartmica.*.rT3jD
.~,tis~r,r,iCr\i.SerepresentaelgradodealteracindelarocaalolargodelsondeosegnunaescaladeIaVI(vaseelcaptulo3.2.3).ElIrepresentalarocasanayelVIcorrespondeasueloresidual.N?hjEiFRSAT!CO.Sedebemedirelnivelfreticoensucesivosdasdespusdelaperforacindelsondeo,hastaqueseestabilice.Estosepuedehacermedianteunpiezmetro.Eltipodepiezmetromscomnesunasondaqueseintroduceporeltaladroydetectaelctricamentelapresenciadeagua.
indicarselasprofundidadesalasquesehanextradomuestrasdeltestigo,sutipo,ylosresultadosdelosensayosdelaboratorioefectuadossobreellas.
iitlises~~~ENSAYOS.Deben?s
Ensayosinsitapermeabilidadinsitudelmacizorocoso,aunquemsbiendeformacualitativaquecuantitativa.Elmecanismodelensayosemuestraenlafigura3.15:enelsondeoyaperforadoseseleccionalazonaaensayar,queseaisladelrestomediantedosobturadores.Medianteunabombaseinyectaaguaenlazonadeensayoaunapresindada,midindoseelcaudalqueesnecesarioaportarparamantenerlapresinfija.Dichocaudaleslacantidaddeaguaquesefiltraalaroca,normalQ=Caudal(I/min)SondeoP=Presin(Icp/cm2)menteatravsdelasjuntas,yaquelamatrizObturadorrocosaesmuchomsimpermeablequeestas.ElensayoserepiteparaFiltracionespresionescrecientesentreOy10KplcmzyluegoparapresionesdecrecientesnuevamentehastaOKplcmz.Serepresenta4benungrficopresin1Entre46y76cm.caudal(figura3.16),indicandoconflechaselcaminoseguidoenelensayo.
EnsayoLugeon
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ensayoLugeonI
Elaspectodelacurvaindicaelfenmenoqueseproduceenelmacizocomoconsecuenciadelacirculacindeagua:flujolaminar,atoramientodelasjuntas,destaponamiento,etc.Enlafigura3.17semuestrangrficastpicasdedistintosensayosLugeonjuntoconsuinterpretacid5).
Elestadotensionalinicialdelmacizorocosoesunodelosfactoresdeterminantesdelaestabilidaddeuntnel,pueslasfuerzasquevanaactuarsobreelsostenimientosonlasdebidasprecisamentealarelajacindedichastensionesnaturales.Enterrenossueltossueleadmitirsequeelestadotensionaleslitosttico,esdecir,debidoalpesodelterreno.Entalcasolastensionesenunpuntodadosonlassiguientes:MEDIDADETENSIOl\lESNATURALESDELAROCA
Tensinvertical:
Tensinhorizontal:
Tensinestangenciales:,Z,
=o
siendo,y:PesoespecficodelterrenoH:Profundidaddelpuntou:CoeficientedePoissondelaroca(entornoa0,3)Noobstante,enlosmacizosrocososlastensionessuelenserbastantedistintasdelaslitostticas.Ellosedebeaquelarocamantieneciertastensionesresidualesdebidoasuhistoriageolgica:fallas,pliegues,erosiones,sedimentaciones,etc.queincrementanorelajantensionesyporlotantomodificanelestadotensionaldelaroca.Sehandesarrolladociertosmtodosquepermitenevaluar,deunaformarelativamenteaproximada,lastensionesdelarocaagranprofundidad,aprovechandolossondeosperforadosenelmacizo.Losmtodosmsutilizadossonlosquesedescribenacontinuacin:OVEKCORING.ElprocesodelensayoOvercoringsemuestraenlafigura3.18.Enel
Ensconclulatriaxal
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fondodeunsondeoseefectauntaladrocoaxialdemenordimetro,encuyointeriorseintroduceysefijaalarocamedianteunaresinaunaclulatriaxial,queescapazdemedirdeformacionesenladireccinradialylongitudinal.Acontinuacinseperforaunanilloentornoalaclula,larocaseexpande,ysemidenestasdeformaciones.LastensionessecalculanaplicandolateoraelsticaconocidoselmdulodeelasticidadyelcoeficientedePoissondelaroca.EstosparmetrospuedenobtenerseenlaboratoriomedianteelensayodeCompresinSimple.Otraposibilidadesextraereltestigoconlaclulayaplicarunapresinradialuniformequeequilibreladeformacinproducida.Dichapresindebecoincidirconlatensindelmacizorocosoperpendicularmentealejedelsondeo.
Existeotromtodomsantiguoperomssimple,llamado"DoorStopperU,cuyomecanismoapareceenlafigura3.19.Enelfondodeunsondeosefijaconresinaunmedidordedeformacionesradiales.Seefectaunaperforacindeunanillocomoenelcasoanteriorysedejaalarocadeformarse.EstadeformacinsemideymediantelasecuacionesdelaElasticidadpuedeobtenerselatensindelmacizorocosoperpendicularal,ejedeltaladro,esdecir,laosupuestoqueelsondeoesvertical.FLATJACK(GATOPLANO).ElprocedimientodelensayoseColocacindelmuestraenlafigura3.20.Condispositivomunasierraradialseperforauna/Sranuraenunaparedderoca,midindoseladeformacinproducidaentreunospuntosdemedidapreviamentefijadosalterreno.Acontinuacinseintroduceungatoplanoenlaranuraysedapresinhastaequilibrarlasdeformaciones.Latensindelarocaenladireccinperpendicularalaranuracoincidirconlapresindelgato.Esteensayoeshabitualefectuarloengalerasdereconocimiento,encuyocasopuederealizarseconorientacionesdiversasenelfrenteyenloshastiales.Existetambinlaposibilidaddellevarloacaboenunsondeomedianteunasondaespecialmenteconcebidaparaesteuso.
@g//&U
FRACIURACI~H~L~RAUL~CA.NEsunadeterminacinindirectaymenosprecisaquelasanteriores,peroacambiopuederealizarseagrandesprofundidadesdeformafcil.Untramodesondeoseaislacondosobturadoresyseintroduceentreambosaguaapresinhastaromperlaroca.Despussesiguemidiendolapresindelaguaconformelafracturasevaampliando.OTROSENSAYOSINSITU
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EnsayoHat/dck
ENSAYODEPLACADECARGA.Existenotrosensayosinsituqueseempleanenocasionesyqueofrecenunainformacin
valiosa,peroquenoseutilizan,salvoenocasionesespeciales,porsucosteocomplejidad.Seefectaenelinteriordeunagaleradereconocimientoexcavadaenelmacizorocoso.Medianteunosgatosseejerceunapresinsobrelasparedesdelagalera(figura3.21),midindoselasdeformacionesconunosextensmetros.Delresultadopuedededucirseelmdulodeelasticidaddelterreno,quesertantomsrepresentativocuantomayoresseanlasdimensionesdelaplaca.Elinconvenientedeesteensayoeslanecesidadderealizarlaexcavacindeunagaleray,portanto,elelevadocostedesurealizacin.reconocimientosetallaunaprobetaaislandoelplanodediscontinuidadquesequiereensayar(figura3.22).Saplicaunacarganormaleyotratransversalhastalarotura.Repitiendoelensayocondistintastensionesnormalessededucelacohesinyelnguloderozamientodelajunta.Lacomplejidadycostedeesteensayohacequenoseutilicehabitualmenteparaelcasodelos
Columnadetransmisindeesfuerzos
decaqp")
.~i~,a,yc5"ESiS,B~T~CG.Tambinllamadodilatmetro.Consisteenunaparatoqueseintroduceenunsondeohastaunaprofundidaddada(figura3.23).Medianteuna*a
m/e,d
iohrnnadetransrnmonapoyos
MANOMETROS
PlanodecorteNIVEL
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Bentonita
PRESIOMETRO
bombaseintroduceaguaapresin,midindoseladeformacinradialquesufreeltaladro.Larelacinentreambaseselmdulopresiomtrico,delcualpuedededucirseelmdulodeelasticidaddelaroca.Sehaempleadoenocasiones,perotieneelinconvenientedeunaelevadadispersinydequeofrecevaloressuperioresalosreales,yaquealcomprimirselarocaentodaslasdireccionesstatieneunmejorcomportamientoresistentequeenelcaso,porejemplo,delensayoacompresinsimple.
rr'swmsDEDEI\~T~~CA~ISe!describenacontinuacinlosensayosmsU\comnmenteutilizadosparalaidentificacinydescripcindelasmuestrasderoca,extradasporlogeneraldelossondeos.Lii.f,/'iipiADE&$,l>,A,.
Eselprocedimientoqueaportamsdatosenrelacinconlacomposicinmineralgicaypetrogrficadelaroca.Deunamuestrasetallaunalminaconunespesordefraccionesdemilmetroystaseexaminaconunmicroscopiopetrogrficoconluznormalypolarizada,obteniendolascorrespondientesmicrofotografas.Lascaractersticasquesepuedenobtenerson:ladeterminacindelosmineralespresentesenlaroca,ladeterminacindelostamaosdegrano,delasmicrofracturacionesydeposiblesalteraciones,yelanlisisdelamatrizqueenvuelvelosgranos,etc.
Todosestosensayossellevanacabodeformasimilar,operandoconelpesoaparente,secoosaturadodelamuestrayconsuvolumen.Lamuestrasesaturaintroducindolaenaguacontenidaenunrecipienteenelquesehapracticadounvacoporunperododealmenosunahora.Parasecarlamuestraseintroduceenunaestufaaunatemperaturade105Chastaquesupesoseestabiliza.Lospesossemidenconlabalanzaylosvolmenesintroduciendolamuestraenaguaomedianteuncalibresisetallapreviamenteconformaregular.Contodoelloseobtienenlosresultadosoperandotalcomoseindicaenlatabla3.3.Gcb!S!i3.A>,tiLibf.EDAC\:l@POSILr?D.
GRUPO
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PARMETRO
OBTENCIN
tienenporobjetoobtenerlascaractersticasresistentesydeformacionalesdelasrocas,quegeneralmenteluegoseempleanenlosclculosdeestabilidad.Enlaboratorioobtendremossiempreunosparmetrosvlidosparalarocasana(lamuestraensayadaesunespecimenderocasana),peroquedebernserconvenientementereducidosparaseraplicadosalmacizorocoso,quecontiene,ademsderocasana,variasfamiliasdefracturasconrellenosmsdeformablesymenosresistentes.
VELOC~DAD&\~IcA.Esteensayoconsisteenmedirlavelocidaddepropagacindelassondasssmicasatravsdeunamuestraderoca.Paraelloseutilizauntransmisoryunoovariosreceptoresadheridosalamisma.Conunosciloscopiopuedecontrolarseymedirselapropagacindelaonda,obtenindoselasvelocidadesdelasondasPyS:VpyVs.
DeellaspuedendeducirseelmdulodeelasticidaddinmicoyelcoeficientedePoissondelarocasanaconlasmismasexpresionesqueaparecenenelapartado3.3.2.RESISTEi\jCib,A,C~!WP\ESI~ISiivIIE.Sobreunamuestracilndrica,dealturacomo,\~mnimoiguala2veceseldimetro,seaplicaunafuerzaaxialP(vasefigura3.24),hastalarotura.Midiendolasdeformacioneslongitudinalytransversalsepuededibujarlacurvatensindeformacin,obteniendoelmdulodeelasticidadEyelCoeficientedePoissonv,yporsupuestolaresistenciaacompresinsimpleRc.RESISTENCiAA!R~.C.:!~N.Puedeensayarseunamuestraatraccindirectamenteaunque,debidoalasdificultadesparapoderaplicarlacarga,sueleemplearseelmtodoindirectoconocidocomoEnsayoBrasileo(figura3.25).Consisteenromperunaprobetacilndricasimilaralasempleadasparaelensayodecompresinsimple,perocargndolatransversalmente.Laresistenciaatraccinsecalculamediantelafrmulaqueapareceenlafigura.
Ensayodecompresinsimple
i!N5AY3TR!AXIAL.Elensayotriaxialconsisteencargarunamuestracilndricaderocaconunaciertapresinlateralo3aumentandolapresinaxialolongitudinalolhastalarotura.stoserepiteconotrasmuestrassimilaresparadistintas03,unmnimodetresveces,dibujndoseelcrculodeMohrenroturaenundiagrama07(verlafigura3.26).
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Lacurvatangenteatodosloscrculosderoturaeslaquedefinelaresistenciadelaroca.EnsuelosestacurvaseaproximaalaInearecta,definindoselacohesincomolaordenadadelaIneaderoturaparaoigualacero,yelnguloderozamientointernocomolapendientedelarecta.Enrocaslacurvaquesesueleobtenernoesunarectasinounacurvadelestilodelaqueapareceenlafigura3.26,perotambinseempleanlostrminosdecohesinydenguloderozamiento.
Ensayo
CORTEDIRECTGDEUIVA1UPTA.Enelensayodecortedirectosetratademedirlosparmetrosderesistenciaalcortedeunajuntadelaroca.Paraellosetallanvariasprobetasdeformaqueseaisleunaporcindelajuntaquesequiereensayarunajunta(vasefigura3.27).Saplicaunacargaenormalalajunta(o)ysevaaumentandolacargatransversal(7)hastalarotura.Enungrficose7llIrepresentaelpuntoobtenidoyesteprocesoseEnsayono3repitecomomnimoentresocasionesparaEnsayono1distintosvaloresdeo.Lospuntosdelgrficodefinenlarectaderoturadelajunta,enlaquepuedeobtenerselacohesinyelnguloderozamientodeladiscontinuidad,q=AnguloderozamientoC=Cohesindelmismomodoqueenelapartadoanterior.ENSAYODE
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quiereestimarlaresistenciaquevaapresentarlarocafrentealaexcavacinmecnicaofrentealaperforacin.Cuandolarocaesmuyabrasivanoesrentablelaexcavacinmecnicayhadeemplearseelsistemadeperforacinyvoladura.ESunensayodeabrasinqueserealizaintroduciendounasmuestrasderocayunelementoabrasivo(bolasdeacero)enuntamborrotatoriodurante500revoluciones.Posteriormentesepesalafraccindelamuestracuyotamaosehamantenidosuperiora1.7milmetrosyseexpresaentantoporcientoconrespectoalpesoinicial.ENSAYODELOSANGELES.
Unamuestraderocaserayaconunabrocadeaceroendurecidoqueterminaenunapuntacnica.Labrocasecargaconunacargade7l