macizo rocoso y tuneles

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se pretende dar una explicación acerca del macizo rocoso

EI conocimiento geológico es fundamental para el proyecto de las obras de

infraestructura, edificación y explotaciones mineras, y para la ordenación territorial o

urbana. La interpretación de las condiciones geológicas, y su integración en el diseño y

construcción, mediante soluciones acordes a la naturaleza del terreno y al media ambiente,

es el principal objetivo de la ingeniería geológica, junto a la prevención y mitigación de los

danos causados por los desastres naturales de origen geológico.

En particular se busca observar las propiedades de la roca no como agregado sino

como una unidad individual de construcción y sus características para su utilización

adecuada en estructuras que puedan necesitar de estas, evaluar su resistencia debido a

los movimientos sísmicos y otros fenómenos naturales que pueden afectar en gran manera

su buen funcionamiento.

OBJETIVOS:

Evaluar la competición del macizo rocoso a partir de observaciones en el campo y

ensayos sencillos,

Definir las necesidades de sostenimientos

Se intenta dividir el macizo en grupos de comportamiento similar

INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO


1. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIXIAL(UCS)

ORIENTACIO

N DEL

MARTILLO

RESISTENCIA

A LA

COMPRESION

UNIAXIAL

(Mpa)

DISPERCION

TÍPICA EN

LA

RESITENCIA

(Mpa)

RESISTENCIA+

DISPERCIÓN

TÍPICA

40 64 27.78 91.78

48 100 38.88 138.88

35 59 22.22 81.22

43 74 30.55 104.55

PROMEDIO 104.1075



TABLA 1.

PUNTAJES ASOCIADOS A LA RESISTENCIA DE LA ROCA “INTACTA”

Para una resistencia de 104.1075 MPa el puntaje asociado es de 9.75, lo cual nos

indica que es un macizo rocoso con resistencia alta.



2. INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA (RQD)

RQD=∑ fragmentosde roca≥10cm

long. totalx100

RQD=20+25+28+10+15+12+22+30197

x100

RQD=82%



Para una resistencia de 104.1075 MPa el puntaje asociado es de 16.3, lo cual nos

indica que es un macizo rocoso con BUENA calidad geotécnica.



3. ESPACIAMIENTO ENTRE ESTRUCTURAS (S)

FAMILIA 1

d1 2.00

d2 4.20

d3 4.70

d4 1.60

d5 2.35

d6 1.39

d7 1.65

PROMEDIO 2.56

ESCALA 1/10

(mm) 255.57

FAMILIA 2

d8 3.71

d9 2.70

PROMEDIO 3.21

ESCALA 1/10 (mm) 320.50

FAMILIA 3

d10 5.35

d11 2.55

d12 2.50

d13 4.60

d14 3.95

PROMEDIO 3.79

ESCALA 1/10 (mm) 379.00

FAMILIA 4

d15 0.75

d16 2.35

d17 6.20

d18 3.45

d19 1.32

d20 1.75

d21 0.65



PROMEDIO 2.35

ESCALA 1/10 (mm) 235.29

FAMILIA 5

d15 1.10

d16 1.40

d17 2.35

PROMEDIO 1.62

ESCALA 1/10 (mm) 161.67

FAMILIA 6

d18 2.40

d19 1.10

d20 0.50

d21 0.40

d22 1.80

d23 1

d24 1.70

PROMEDIO 1.27

ESALA 1/10 (mm) 127.14

FAMILIASEspaciamiento

(mm)

fam 1 255.57

fam 2 320.50

fam 3 379.00

fam 4 235.29

fam 5 161.67



fam 6 127.14

PROMEDIO

TOTAL 246.53 mm

Como se observa para un espaciamiento de 246.43 mm se obtiene un puntaje de

8.4 considerándose según la tabla en un espaciamiento moderado.



4. EVALUACIÓN DEL JC:

FAMILIA 1

Dist PERSISTENCIA

L1 6.7

L2 8.3

L3 16.1

L4 21

L5 12

L6 10.3

L7 4.9

PROMEDIO 11.33

ESCALA 1/10

(mm)1132.857143

FAMILIA 2

Dist PERSISTENCIA

L1 6.2

L2 4.3



L3 9.2

PROMEDIO 6.57

ESCALA 1/10

(mm)656.6666667

FAMILIA 3

DistPERSISTENC

IA

L1 8.85

L2 14

L3 10.1

L4 15.1

L5 11

L6 5.9

PROMEDIO 10.83

ESCALA

1/10 (mm)1082.5

FAMILIA 4

Dist PERSISTENCIA

L1 4.5

L2 3.4

L3 2.5

L4 2

L5 2.1



L6 2.5

L7 2.3

L8 3

PROMEDIO 2.79

ESCALA 1/10

(mm)278.75

FAMILIA 5

Dist PERSISTENCIA

L1 3.2

L2 6.3

L3 10.8

L4 12.2

PROMEDIO 8.13

ESCALA 1/10

(mm)812.5

FAMILIA 6

Dist PERSISTENCIA

L1 7

L2 6.1

L3 1.4

L4 3.5

L5 4.4



L6 6

L7 6.1

L8 7.3

L9 5.5

PROMEDIO 5.26

ESCALA 1/10

(mm)525.5555556

FAMILI

A

PERSIS

TENCI

A (mm)

fam11132.85

7143

fam2656.666

6667

fam3 1082.5

fam4 278.75

fam5 812.5

fam6525.555

5556

PERSIS

TENCI

A

PROME

DIO

(mm)

748.138

2



FAMILIA 1

Apertura

0.35

0.35 rellenos blandos

0.27 Puntaje 10

0.4

0.4

0.35

Promedio

=

0.3533333

3<5 mm

FAMILIA 3

Apertura

0.38

0.3 Rellenos arcillosos

0.35 Puntaje 10

0.3

0.5

Promedio= 0.366 <5mm

FAMILIA 2

aperturaestructura

s cerradas

PUNTAJE 30

FAMILIA 4

Apertura estructura

s cerradas

Puntaje 30



FAMILIA 5

Apertura

0.1

0.15 Rellenos arcillosos

0

Puntaj

e 20

0

Promedio

= 0.0625< 1mm

FAMILIA 6

Aperturaestructura

s cerradas

Puntaje 30

Abertura

promedio (mm)=0.13030556mm

Promedio del

puntaje (JC)20



Según el grafico nuestro puntaje promedio se encuentra dentro de una estructura rugosa,

estructura abierta con rellenos de espeso < 1mm.

5. EVALUACIÓN DE LA CONCIDIÓN WC

Q(caudal)

lts/mindescripción puntaje

Filtacion1 120

infiltracione

s0

Filtracion2 130

Filtracion3 135

Filtracion

4120

Promedio 126.25>125

lts/min0



CALCULO DEL RMR

RMR=P (UCS )+P (RQD )+P (S )+P (JC )+P (Wc )

RMR=12+17+10+20+0

RMR=59

Teniendo en cuenta dichos parámetros para RMR se observa que el macizo rocoso

en estudio se encuentra en el intervalo (clase III , 40<RMR=59≤60), observando que

es un macizo rocoso de calidad Regular.

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICA DELOS MACIZOS ROCOSOS SEGÚN:

BIENIAWSKI, BARTON, HOEK Y BROWN, ROMANA.

I. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR

Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos

rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y

de sostenimiento de túneles.

El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR ( ROCK MASS

RATING ), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir



de los siguientes parámetros:

1 ) Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa.

2) R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso.

3) Espaciado de las discontinuidades.

4) Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los siguientes

parámetros:

- Abertura de las caras de la discontinuidad.

- Continuidad o persistencia de la discontinuidad.

- Rugosidad.

- Alteración de la discontinuidad.

- Relleno de las discontinuidades.

5) Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre su

comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son: completamente seco,

húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte.

6) 6.-Orientación de las discontinuidades.

Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:

1. Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un

valor índice (RMR básico).

2.-El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la

excavación.

El valor del RMR varía entre 0 a 100

1° PARÁMETRO: RESISTENCIA DE LA ROCA SANA

DESCRIPCIÓN

RESISTEN

CIA A

COMPRES

IÓN

SIMPLE (

Mpa)

ENSAYO

DE

CARGA

PUNTUAL

(MPa)

VALORACIÓN



Extremadam

ente dura

>250 > 10 15

Muy dura 100 – 250 4 – 10 12Dura 50 – 100 2 – 4 7

Moderadamente

dura

25 – 50 1 – 2 4

Blanda Muy

blanda

5 -25

1 – 5 < 1

2

1

Resistencia de algunas rocas sanas en (MPa)

Tipo de roca Resistencia a la compresión simple

(MPa)Mínimo Máximo Medio

Creta 1 2 1.5Sal 15 29 22Carbón 13 41 31Limonita 25 38 32Esquisto 31 70 43Pizarra 33 150 70Arcillita 36 172 95Arenisca 40 179 95Marga 52 152 99Mármol 60 140 112Caliza 69 180 121Dolomía 83 165 127Andesita 127 138 128Granito 153 233 188Gneis 159 256 195Basalto 168 359 252Cuarcita 200 304 252Dolerita 227 319 280Gabro 290 326 298Taconita 425 475 450Sílice 587 683 635

Gráfico para calcular el parámetro de Resistencia a la Compresión

Simple.



2° PARÁMETRO: CÁLCULO DEL R.Q.D.

La calidad de roca R.Q.D se puede determinar:

- Trozos de rocas testigos mayores de 10cm recuperados en sondeos.

- Número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen

(1m3) del macizo rocoso, definido mediante el parámetro Jv.

- Teóricamente a partir de la densidad de las discontinuidades o frecuencia de las

discontinuidades ( ) por Hudson, 1989.

Para el primer caso se utiliza la primera formula

Para el segundo caso se utiliza la siguiente fórmula



Para el tercer caso se utiliza la siguiente fórmula

El valor obtenido en las formulas A, B o C son comparados con la siguiente tabla:

Índice de Calidad

R.Q.D. (%)Calidad Valoración

0 -25 Muy mala 325 – 50 Mala 850 – 75 Regular 1375 – 90 Buena 1790 - 100 Excelente 20

Asimismo, se puede buscar la valoración para el RQD, a partir del siguiente gráfico:

Grafico para calcular el parámetro de R.Q.D



3er PARÁMETRO: SEPARACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

La separación o el espaciamiento de las discontinuidades están clasificada según la

tabla que a continuación se observa:

DescripciónEspaciado de

las Juntas

Tipo de

macizo

rocoso.

Valoración

Muy separadas > 2 m Sólido 20Separadas 0,6 – 2 m. Masivo 15

Moderadamente

juntas200– 600 mm. En bloques 10

Juntas 60 – 200 mm. Fracturado 8Muy juntas < 60 mm. Machacado 5

Para calcular el rango se utiliza el siguiente gráfico:

Grafico Para calcular el parámetro del espaciamiento de las

discontinuidades.

Espaciamiento de las discontinuidades mm



4to PARÁMETRO: CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES.

Aberturas de las discontinuidades.

Grado DescripciónSeparación

de las caras Valoración1 Abierta > 5mm 0

2Moderadamente

abierta1 – 5 mm 1

3 Cerrada 0,1 – 1 mm 44 Muy cerrada < 0,1 mm 55 Ninguna 0 6

Continuidad o persistencia de las discontinuidades.

Grado Descripción Continuidad Valoración

1 Muy baja < 1 m 62 Baja 1 – 3 m 43 Media 3 – 10 m 24 Alta 10 – 20 m 15 Muy alta > 20 m 0

Rugosidad de las discontinuidades.

Grado Descripción Valoración

1 Muy rugosa 62 Rugosa 53 Ligeramente rugosa 34 Lisa 15 Plana (espejo de falla) 0

Relleno de las discontinuidades.


1 Blando > 5 mm 02 Blando < 5mm 23 Duro > 5mm. 24 Duro < 5 mm 45 Ninguno 6

Alteración de las discontinuidades.




1 Descompuesta 02 Muy alterada 13 Moderadamente alterada 34 Ligeramente alterada 55 No alterada 6

5to PARÁMETRO: LA PRESENCIA DEL AGUA.

Para calcular la valoración según la presencia del agua se toma como

referencia la tabla que a continuación se especifica.

Tabla para obtener el parámetro de la presencia del agua

Caudal por

10 m de

túnel

Relación

Presión agua –

Tensión ppal

mayor

Descripción Valoración

Nulo 0 Seco 15

< 10 litros/min < 0,1 Ligeramente húmedo 10

10-25 litros/min 0,1 – 0,2 Húmedo 7

25-125 litros/min 0,2 – 0,5 Goteando 4

>125 litros/min > 0,5 Fluyendo 0

6to PARÁMETRO: ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

Para la valoración de este parámetro se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y

buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se

especifica a continuación:

Tabla de clasificación para la determinación de los buzamientos con

respecto al efecto relativo con relación al eje de la obra.

Dirección Perpendicular al Eje de la obra



Dirección Paralelo al

Eje de la obra. Buzamiento 0

-20°

Cualquier

dirección.

Excav. Con

buzamiento.

Excav. Contra

buzamiento

Buz

45° -

90°

Buz Buz Buz Buz Buz

Muy

favorabl Favorabl

e

Medio Desfavorabl

e

Muy

desfavorab Medio Desfavorable

Valoración para Túneles y Minas.

Calificativo Valoración

Muy favorable 0Favorable -2

Medio -5Desfavorable -10

Muy desfavorable -12

Valoración para Fundaciones.





Valoración para Taludes.







Calidad del macizo rocoso con relación al Índice RMR

CLASE CALIDAD VALORACIÓN

RMR

COHESIÓN ÁNGULO DE

ROZAMIENTOI Muy buena 100-81

>4 Kg/cm2 > 45º

II Buena 80-613 – 4 Kg/cm

2 35º - 45º

III Media 60-412 – 3 Kg/cm

2 25º - 35º

IV Mala 40-211 – 2 Kg/cm

2 15º- 25º

V Muy mala < 20< 1 Kg/cm

2 <15º

Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de ingeniería donde la

condición de la roca es importante. (Según Bieniawski)

Clase de

macizo

rocoso

Excavación Pernos (20

mm de

diámetro,

Soporte

con

concreto

Costillas

I. Roca muy

Buena,

RMR: 81-

A sección

completa.

Generalmente

no

Ninguno

II . Roca Buena,

RMR: 61 -

80

A sección

completa

1-1.5 mts de

avance. Soporte

Pernos en

la corona de

3 mts. de

longitud

50 mm en la

corona donde

se requiera

Ninguno

III. Roca regular,

RMR: 41 -

60

Frente superior

y destroza, 1.5-3

mts de avance

en media

sección. Inicio

del soporte

Pern

os

sistemáticos, 4

mts de

longitud,

espaciados

50 – 100 mm

en

la corona y

30 mm por los

lados

Ninguno

IV. Roca Pobre,

RMR: 21 -

40

Frente superior

y destroza, 1 –

1.5 mts de

avance en la

media sección

superior.

Instalación de

Pern

os

sistemáticos ,

4- 5 mts de

longitud,

espaciados 1

–

100 – 150 mm

en

la corona y

30 mm por los

lados

Costillas

ligeras

a

medias

espaciadas

1.5 mts a

donde se



V. Roca

muy

pobre

RMR:< 20

Múltiples

galerias 0.5-1.5

mts.de

avance en la

sección superior.

Instalación de

Pernos

sistemáticos,

5-6

mts de

longitud,

espaciados 1

–

150- 200 mm

en

la corona, 150

mm en los

lados y 50 mm

al frente

Costillas

medianas

a

resistentes,

espaciadas a

0.75 mts con

planchas deII. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA SISTEMA Q

Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificación

de macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos para túneles y

cavernas. El sistema Q está basado en la evaluación numérica de seis parámetros que

definen el índice Q. Este índice viene dado por la siguiente expresión.

Como se analiza, la Clasificación de Barton et al, se basa en 6 parámetros:

1.-R.Q.D: Índice de calidad de la roca.

2.-Jn : Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación.

3.-Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades.

4.-Ja : Índice de alteración de las discontinuidades.

5.-Jw : Coeficiente reductor por la presencia de Agua.

6.-SRF : (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en cuenta la influencia del

estado tensional sobre el macizo rocoso.

El primer coeficiente (R.Q.D./Jn) representa el tamaño de los Bloques.

El segundo coeficiente (Jr/Ja) representa la resistencia al corte entre los bloques.

El tercer y último coeficiente (Jw/SRF) representa el estado tensional del macizo

rocoso.

El rango de Variación de los parámetros es el siguiente: RQD: entre 0 y 100

Jn: entre 0,5 y 20

Jr: entre 0,5 y 4

Ja: entre 0,75 y 20

Jw: entre 0,05 y 1

SRF: entre 0,5 y 20

TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIÓN Q.



1er Parámetro: R.Q.D.

Descripción de la

calidad del macizo

rocoso

R Q D Observaciones.

Muy pobre 0-25

Para R.Q.D < 10 se puede

tomar R.Q.D.= 10 en la

ecuación de Q.

Pobre 25-50Medio 50-75Bueno 75-90

Muy Bueno 90-100

2do Parámetro: Índice de diaclasado Jn.

Descripción Jn

Roca masiva 0.5-1Una familia de diaclasas. 2

Una familia de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 3Dos familias de diaclasas. 4

Dos familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales 6Tres Familias. 9

Tres familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 12Cuatro o más familias de Diaclasas, roca muy fracturada. 15

Roca triturada terrosa. 20En boquillas, se utiliza 2 Jun y en Túneles 3 Jun

3er Parámetro: Índice de rugosidad Jr.

Esta tabla esta basada por la relación o el contacto entre las 2 caras de la Junta.

Contacto entre las 2 caras de las diaclasas con poco

desplazamiento lateral de menos de 10 cm.

Jr

Juntas discontinuas. 4 Juntas Rugosa o irregular ondulada. 3



Suave ondulada. 2 Espejo de falla, ondulada, 1.5 Rugosa o irregular, plana. 1.5 Suave plana. 1 Espejo de Falla, plano. 0.5

No existe contacto entre las 2 caras de las diaclasas cuando

ambas se desplazan lateralmente.

Jr

Zona de contenido de minerales arcillosos,

Suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las

caras de las Diaclasas.

Arenas, gravas o zona fallada suficientemente gruesa para

impedir el contacto entre las 2 caras de las diaclasas.

1

Nota: si el espaciado de la familia de las diaclasas es mayor de 3 m hay que

Aumentar el Jn en una unidad.

Para diaclasas con espejos de falla provisto de lineaciones, si están orientadas

favorablemente, se puede usar Jr=0.5

4to Parámetro: Coeficiente reductor por la presencia de agua Jw.

Jw Presió

n del

agua - Excavaciones secas o de influencia poco 1 <1Importante.

- Fluencia o presión medias. Ocasional lavadode los rellenos de las Diaclasas. 0.66 1-2.5

- Fluencia grande o presión alta, considerablelavado de los rellenos de las Diaclasas. 0.33* 2.5-10

- Fluencia o presión de agua excepcionalmentealtas, decayendo con el tiempo. 0.1-0.2* >10

- Fluencia o presión de aguasexcepcionalmente altas y continúas, sin 0.05-.01* >10disminución.

Los valores presentados con el Signo * son solo valores estimados. Si se

instalan elementos de drenaje, hay que aumentar Jw



5to Parámetro: Índice de alteración de las discontinuidades Ja.

Descripción Ja Ø°

Contacto entre las 2 caras

de las Diaclasas.

Junta sellada, dura, sin reblandecimiento

impermeable como por ejemplo cuarzo en paredes sanas.

0.75 25-30

Caras de la junta únicamente manchadas. 1 25-30

Las caras de la junta están alteradas ligeramente y

contienen minerales no blandos partículas de arena, roca

desintegrada libre de arcilla.

2 25-30

Recubrimiento de limo o arena arcillosa, pequeña

fricción arcillosa no reblandecible.

3 20-25

Recubrimiento de minerales arcillosos blandos o de

baja fricción como caolinita, clorita, talco yeso, grafito y

pequeñas cantidades de arcillas expansivas. Los

recubrimientos son discontinuos con espesores máximos de 1

o 2 mm.

4 8-16

Contactos entre 2 caras de

la Diaclasa con < de 10 cm desplazamiento lateral.Partículas de Arena, roca desintegrada libre de arcilla.

4 25-30



Fuertemente sobreconsolidados rellenos de minerales

arcillosos no blandos. Los recubrimientos son continuos de

menos de 5 mm de esp.

6 16-24

Sobreconsolidación media a baja, blandos, rellenos

de minerales arcillosos. Los recubrimientos

son continuos de < de 5 mm de espesor.

8 12-16

Rellenos de arcilla expansiva, de espesor continúo de 5

mm. El valor Ja dependerá del porcentaje de partículas

del tamaño de la arcilla expansiva.

8-12 6-12

No existe contacto entre las

2 caras de la diaclasa cuando esta cizallada.

Zonas o bandas de roca desintegrada

o manchada y arcilla.

Zonas blandas de arcilla limosa o arenosa con pequeña

fricción de arcilla no blandas.

6-8-12 6-24

5 6-24

13-20 6-24

6to Parámetro: Condiciones tensionales S.R.F

1.-Zona débil que interceptan la

excavación y pueden causar caídas

de bloques.A. Varias zonas débiles conteniendo

arcilla o roca desintegrada

químicamente, roca muy suelta

alrededor.

B. Solo una zona débil conteniendo


químicamente (profundidad de

excavación < 50 m.).

C. Solo una zona débil conteniendo


químicamente. (Profundidad de

excavación > 50 m.).

D. Varias zonas de fractura en roca

competente libre de arcilla, roca

suelta alrededor. (Cualquier

profundidad).

10

5

2.5

5

2.-Rocas

competentes

con problemas

o c/σ1 o

t/σ1



H. Tensiones pequeñas

cerca > 200 >13 2.5de la superficie.

I. Tensiones medias. 200-10 13-

0.33

1.0

J. Tensiones altas muy compacta,para la estabilidad, desfavorable para laestabilidad de los

hastíales.

10-5 0.66-

0.33

0.5-

2.0K. Explosión de roca (roca Masiva). 5-2.5 0.33-

0.16

5-10

L. Explosión de roca

fuerte (roca masiva.) <2.5 <0.1

6

10-

20o c y σ t son las resistencias a la

compresión y tracción respectivamente de la 3.-Roca fluyente, flujo plástico

de S.R.F

M. Presión de Flujo suave. 5-10

N. Presión de flujo intensa. 10-20


Continuación de la tabla del parámetro 6.................

3.-Roca expansiva, actividad

expansiva química dependiendo de la

presencia del agua.

S.R.F

O. Presión Expansiva suave. 5-10

Observaciones al

SRF:

Reducir los valores del SRF en un 25 a 50% si las

zonas de rotura solo influyen pero no interceptan a

la excavación.

En los casos que la profundidad de las clave del túnel

sea inferior a la altura del mismo se sugiere aumentar el

SRF de 2.5 a 5.

Para campos de tensiones muy anisótropos cuando

5<= σ 1/ σ 3<=10, reducir el σ c y σ t a 0.8 σ c y 0.8 σ

t.

CLASIFICACIÓN DE BARTON DE LOS MACIZOS ROCOSOS. ÍNDICE DE

CALIDAD Q.

TIPO DE ROCA VALOR DE Q

Excepcionalmente mala. 0,001 – 0,01

Extremadamente mala. 0,01 – 0,1

Muy mala. 0,1 – 1

Mala. 1 – 4

Media. 4 – 10

Buena. 10 – 40

Muy buena. 40 – 100

Extremadamente Buena. 100 – 400

Excepcionalmente Buena. 400 – 1000



Sugerencias para el uso de las Tablas.

1.- Cuando no se disponen de sondeos, el RQD se estima a partir de afloramientos, mediante el

índice volumétrico de juntas Jv.

2.-En el parámetro Jn, puede estar afectado por la foliación, esquistocidad, y laminaciones.

Si las discontinuidades paralelas están suficientemente desarrolladas, se contabilizan como una

familia, si no se contabilizan cono discontinuidades ocasionales.

3.-Se tomaran los valores de los parámetros Jr y Ja de la familia de discontinuidades rellenas de

arcilla más débil de la zona, pero hay que elegir en primer lugar las discontinuidades de

orientación desfavorable aunque no den el valor mínimo del cociente Jr/Ja.

6.-En las rocas anisótropas, la resistencia a la compresión simple de la roca, y la resistencia a la

tracción, σ c y σ t , respectivamente se evalúan en la zona más desfavorable para la estabilidad

de la estructura subterránea.

III. CLASIFICACIÓN DE HOEK Y BROWN (GSI)

Hoek et al, (1995) han propuesto un índice geológico de resistencia, GSI (geological strength

index), que evalúa la calidad del macizo rocoso en función del grado y las características de

la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades.



IV. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE ROMANA (SMR):

El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico, restando

un “factor de ajuste” que es función de la orientación de las discontinuidades (y producto

de tres subfactores) y sumando un “factor de excavación” que depende del método

utilizado.

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

RMR se calcula de acuerdo con los coeficientes de Bieniawaski, como la suma de las

valoraciones correspondientes a 5 parámetros:

Resistencia a compresión simple de la matriz rocosa, RQD,

Separación de las discontinuidades, Condición

de las discontinuidades, Flujo de agua en las

discontinuidades.

El rango del RMR es 0 – 100.

El factor de ajuste de las discontinuidades es producto de tres

subfactores:

F1, depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y la

cara del talud. Varía entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y

0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de 30º y la

probabilidad de rotura es muy baja. Estos valores establecidos

empíricamente ajustan aproximadamente a la expresión:



P : Rotura plana s : Dirección del talud s : Buzamiento del talud

T : Rotura por vuelco j : Dirección de las juntas j : Buzamiento de las juntas

F3, refleja la relación entre los buzamientos de la discontinuidad y del talud.

El factor de ajuste según el método de excavación. F4, ha sido establecido

empíricamente como:

Los taludes naturales, son más estables a causa de los procesos previos de erosión

sufridos por el talud, y de los mecanismos internos de protección que muchos de

ellos poseen (vegetación, desecación superficial, drenaje torrencial, etc). F4 = +15.

Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4 =

+10.

Las técnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, también aumentan la

estabilidad de los taludes. F4 = +8.

Las voladuras normales aplicadas con métodos razonables no modifican la estabilidad. F4

= 0.

Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden dañar seriamente a la

estabilidad. F4 = -8.

La excavación mecánica de los taludes por ripado solo es posible cuando el macizo

rocoso esta muy fracturado o la roca blanda. Con frecuencia se combina con

prevoladuras poco cuidadosas. Las caras del talud presentan dificultades de acabado. Por

ello el método ni mejora ni empeora la estabilidad.

FACTOR DE AJUSTE POR LA ORIENTACIÓN DE LAS JUNTAS ( F1, F2 Y

F3 )

C

A

S

MUY FAVORABLE FAVORABLE NORMAL DEFAVORABL

E

MUY

DEFAVORA

BLEP T j s > 30º 30º - 20º 20º - 10º 10º - 5º < 5º

P/T F 0,15 0,4 0,7 0,85 1P < 20º 20º - 30º 30º - 35º 35º - 45º > 45º

F 0,15 0,4 0,7 0,85 1T F 1 1 1 1 1

P T j s

> 10º 10º - 0º 0º 0º - ( - 10º ) < - 10º

P/T F 0 - 6 - 25 - 50 - 60



FACTOR DE AJUSTE POR EL MÉTODO DE EXCAVACIÓN ( F4 )

MÉTODO TALUD NATURAL PRECORTE VOLADURA

SUAVE

VOLADURA

O

EXCAVACIÓ

VOLAD

URA

DEFICIF4 + 15 + 10 + 8 0 - 8

CLASES DE ESTABILIDAD

C

A

V IV III II I

SMR 0 – 20 21 - 40 41 -

60

61 - 80 81 - 100

Descrip

ción

Muy mala Mala Normal Buena Muy

buenaEstabili

dad

Totalmente

inestableInestable Parcial

mente Buena Muy

buenaGrandes roturas

por planos

continuos o por

Juntas o

grandes

Algunas

juntas o Tratamie

nto

Reexcavación Corrección Sistemátic

o

Ocasional Ninguno

Parámetros de corrección F1, F2, F3 y F4 de la clasificación SMR (modificado de Romana,

1985)



TUNELES

Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción, requiere de técnicas,

productos, equipos especiales y de análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos; este

es realizado por especialistas en los ramos, una vez que se ha definido el proyecto de

construcción de un túnel.

Se conoce las condiciones y características del lugar, eligiendo el proceso constructivo

que conviene para su construcción. Según las dimensiones del proyecto, se deben de

considerar otros factores como son seguridad, economía y durabilidad de la obra.

CRITERIOS A TENER EN CUENTA PARA LA CONSTRUCCION DE TUNELES

Estudios Geológicos: geología, geotécnica, dimensionamiento estructural

Métodos de construcción, plazos de construcción, riesgos y peligros,

Explotación: explotación y mantenimiento (aspectos técnicos),

Costes de construcción, explotación, mantenimiento ordinario, reparaciones,

medio ambiente: normativa, diagnóstico, estudio de impacto ambiental,

naturaleza del transporte: tipo y volumen de tráfico, tipos de mercancías que

son transportadas.

restricciones externas diversas: accesos y limitaciones particulares,

condiciones climáticas, avalanchas, estabilidad del terreno, contexto

socioeconómico.

nivel de rentabilidad: aceptabilidad económica, capacidad de financiación,

control de los costes financieros, economía general y contexto político en el

caso de ser una concesión o una Participación Público Privada.



METODOS RESPECTO A LAS SECUENCIAS DE EXVAVACION.

EL MÉTODO INGLÉS: recibe su nombre por haber sido aplicado en túneles a

través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las

arcillas y areniscas. Siguiendo el ejemplo establecido en la construcción del primer

túnel bajo el Támesis, su principal característica es proceder el avance de la

perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.

EL MÉTODO BELGA: se basa en los principios que permitieron la

construcción, en 1828 del túnel de Charleroi en el Canal que enlaza Bruselas y

Charleroi.



.

EL MÉTODO ALEMÁN: este sistema fue utilizado por primera vez en 1803

para construir el túnel en el Canal de San Quintín, y desarrollado por Wiebeking en

1814, siguiendo el sistema de núcleo central, también empleado en la construcción de

las amplias bóvedas de cerveza de Baviera.

EL MÉTODO ALEMÁN MODIFICADO: se aplica en el caso en que durante la

operación de perforación del túnel, a través de un terreno bastante firme, surja la

aparición de agua, lo que origina una alteración en el Método Clásico Alemán en

cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.

EL MÉTODO AUSTRIACO: los austriacos desarrollaron un plan de trabajo basado en

la utilización de puntales de madera formando un sistema de entibación, procedimiento

aplicado en las minas de Friburgo y que fue aplicado por primera vez por Meisner en la

construcción del túnel de Oberau, en el ferrocarril entre Leipzig y Dresden, en Sajonia

en el año 1837. En 1839 Keissler lo empleó en el túnel de Gumpoldskirch, cerca de

Viena-Neustadt.



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Método TBM (Tipo Escudo o Topo)

La excavación de túneles por el método de escudo se usa generalmente, en la

actualidad, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o

limo y todo tipo de arcilla, o en mezcla de cualesquiera de ellos. Es indispensable estar

debajo del nivel freático.

La TBM (Tunnel Boring Machine)es un cilindro formado por planchas de acero

soldadas entre sí. Tiene un diámetro ligeramente mayor que el exterior del

revestimiento del túnel. Además existen varios métodos para atacar las caras de

túneles perforados a través de la roca. Otros métodos distintos dependerán de la

medida del túnel, del equipo disponible, de la formación y de la cantidad de ademes

que se necesiten.

ATAQUE DE TODA LA CARA:



Cuando se perfora el túnel con el método de ataque en toda la cara, se perfora todo el

frente o cara, se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos. Los túneles

pequeños cuyas dimensiones no exceden de 10pies, se perforan siempre con este

método.

Los grandes túneles en roca frecuencia se perforan con este método. Debido al

desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma, la popularidad de este método

ha ido cada vez en aumento en la perforación de grandes túneles. Puede montarse

varios taladros en la parte anterior de una plataforma para hacerlos operar

simultáneamente con alta eficiencia.

MÉTODO DE TERRAZAS:

El método de terrazas para la perforación de un túnel, implica la perforación de la

porción superior del túnel antes de perforar la parte inferior, como se ilustra en la

figura:

Si la roca es lo suficientemente firme para que el domo se sostenga sin necesidad de

ademes, la cabeza superior se aventaja en un barreno con respecto a la cabeza



http://civilgeeks.com/wp-content/uploads/2011/09/82.gif

inferior. Si la roca está muy quebrada, la cabeza superior puede aventajarse mucho

con respecto a la terraza y puede utilizarse ésta para apoyar los ademes del domo. El

desarrollo de la plataforma de taladros ha reducido el empleo del método de terrazas

para la perforación de túneles.

MÉTODO DE DERIVADORES:

Al perforar un túnel grande, puede ser ventajoso perforar un túnel pequeño, llamado

derivador, a través de toda o una porción de la longitud del túnel, antes de excavar

todo con el taladro. Los derivadores, pueden clasificarse como centrales, laterales,

inferiores o superiores, dependiendo de su posición con respecto al taladro principal.

La figura muestra la posición de cada uno de los tipos de derivadores:

.

EN RELACIÓN CON EL SOSTENIMIENTO, los avances en materia de

revestimientos, principalmente en hormigón y acero moldeado, en mejora del

terreno mediante inyecciones a presión así como el perfeccionamiento de

máquinas tuneladoras a sección completa.

• EN RELACIÓN CON LAS CARACTERÍSTICAS DEL ENTORNO DE TRABAJO,

cabe resaltar las notables mejoras en sistemas de ventilación e iluminación, un

control más eficaz del agua subterránea mediante equipos de bombeo o a

través de sobrepresión ambiental.



http://civilgeeks.com/wp-content/uploads/2011/09/9.gif

ESTUDIOS QUE SE DEBEN REALIZAR.

Proyecto del túnel.

Antes de que se pueda plantear el diseño del túnel con un mínimo de detalle, será

necesario recopilar o generar toda la información relevante sobre el terreno afectado

por el proyecto. Al menos, esta información supone:

• Plano topográfico a escala suficientemente grande y totalmente actualizado. Si no se

dispone de esta información, será necesario realizar un levantamiento topográfico de

la zona.

• Estudio geológico y geotécnico: El conocimiento de los terrenos que va a atravesar el

túnel es fundamental. Se realizarán los sondeos y los ensayos que sea preciso para

caracterizar y plasmar en planos y secciones la estructura geológica del terreno.

El proyecto, como en cualquier obra de ingeniería, consiste en estudiar distintas

alternativas y seleccionar la más adecuada, aplicando criterios técnicos, económicos,

medioambientales, etc. La solución elegida debe quedar perfectamente definida,

mediante:

• Los puntos de entrada y de salida y los enlaces con los tramos anterior y posterior de

la obra (carretera, ferrocarril, etc.)

• El trazado en planta, con las distintas alineaciones que lo conforman. Se indicarán

longitudes, radios de curvatura, etc.

• El perfil longitudinal, tanto del terreno (denominado perfil por montera) como de la

rasante (figura 10.10). Se indicarán las pendientes, acuerdos parabólicos, cotas, etc.

Se indicarán todas las obras subterráneas con las que se cruce o a las que pueda

afectar el túnel proyectado.

• Secciones: se indicarán las dimensiones, elementos, revestimiento, etc. en los

distintos tramos del túnel. Se indicará el procedimiento constructivo a aplicar en cada

uno de ellos.

Perfil por montera.



El trazado del perfil longitudinal del terreno, o perfil por montera, se puede obtener del

levantamiento topográfico de exterior, marcando sobre el plano el trazado previsto

para el túnel. No obstante, es recomendable comprobar en exterior la dirección de la

excavación, realizando (si las

Fig. 10.12. Enlace entre bocas condiciones del terreno lo permiten) la operación

denominada paso de línea por montera.

Para ello, y suponiendo el caso más sencillo de un túnel de trazado recto, se

establecerá un itinerario de exterior encuadrado comenzando por una de las bocas y

acabando en la otra. Todas las estaciones estarán situadas en el plano vertical que

contiene al eje del túnel y, por tanto, las proyecciones horizontales de todos los tramos

del itinerario estarán alineadas y sus acimutes coincidirán con el de la alineación que

forman las dos bocas. Una vez comprobado que los errores son inferiores a la

tolerancia fijada, podemos emplear este itinerario para situar una serie de referencias

que se emplearán posteriormente para el replanteo de la excavación. El itinerario nos

permitirá también situar planimétricamente posibles puntos de ataque adicionales

(pozos) que no hubieran sido enlazados previamente con las otras bocas.

Si el túnel fuese en curva, o una combinación de tramos rectos y curvos, se replantean

sobre el terreno las trazas de las distintas alineaciones que lo forman y, a

continuación, se realiza el itinerario de exterior siguiendo estas trazas.

COMO SE ELIGE LA SECCION DE UN TUNEL

La construcción de un túnel suele venir motivada por la configuración topográfica del

terreno: en muchas ocasiones resulta más económico perforar un túnel que rodear un

determinado obstáculo, lo que obligaría a un trazado de mayor longitud y mayores

costes. En el caso de ferrocarriles metropolitanos, se prefiere el transporte subterráneo

porque no interfiere con el tráfico de superficie. En otros casos existen razones de tipo

estético o sanitario, como en los sistemas de saneamiento y evacuación de aguas

residuales. También se construyen túneles para albergar determinadas instalaciones

científicas o por motivos defensivos.

Las características de cada túnel dependerán de su función, de la configuración

topográfica, del tipo de terrenos a atravesar y del método de excavación elegido:



macizo rocoso y tuneles

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