urp.pdf
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
Procedimientos de excavacin y sostenimiento de tneles
proyecto derivacin Huascacocha Rimac
TESIS PARA OPTAR EL TTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
Autores
Bach. Alan Christopher Abad Alvarado
Bach. Freddy Ronald Huisa Velsquez
Asesor
Ing. Oscar Donayre Crdova
LIMA PER
2011
-
La presente tesis se la dedicamos a nuestros padres y a todas las personas
que nos han Apoyado para nuestra realizacin profesional.
-
TABLA DE CONTENIDOS
Captulo I. INTRODUCCIN ................................................................................................ 6
1.1 INTRODUCCIN ................................................................................................... 6
1.2 Marco Situacional.- ....................................................................................................... 6
1.3 Problematizacin.- ......................................................................................................... 8
1.4 Objetivos.- .................................................................................................................... 8
1.4.1- Objetivos Generales. ............................................................................................. 8
1.4.2- Objetivos Especficos. ........................................................................................... 8
Captulo II. GENERALIDADES SOBRE TNELES ............................................................ 9
2.1 ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE LA CONSTRUCCION DE TNELES ... 9
2.1.1 TUNELES MINEROS ......................................................................................... 12
2.1.2 TUNELES DE IRRIGACION.............................................................................. 14
2.1.3. TUNELES DE CARRETERAS .......................................................................... 16
2.2 METODOS PARA LA CLASIFICACION DE TUNELES ....................................... 18
2.2.1 CLASIFICACION DE TUNELES ....................................................................... 21
2.2.2 CLASIFICACION DE LOS METODOS CONSTRUCTIVOS DE LOS
TUNELES ..................................................................................................................... 22
2.3 METODOS DE EXCAVACION ................................................................................ 27
2.3.1 PERFORACION Y VOLADURA ....................................................................... 28
Captulo III. CLASIFICACIN DEL MACIZO ROCOSO ................................................. 30
3.1 INTRODUCCION ................................................................................................. 30
3.2. CLASIFICACION GEOMECANICAS ..................................................................... 31
3.2.1 Clasificacin de Terzaghi: .................................................................................... 32
3.2.2 Clasificacin de Lauffer: ...................................................................................... 33
3.2.3 ndice de Calidad de la roca (RQD): .................................................................... 35
3.2.4 Clasificacin geomecnica de Bieniawski (RMR): .............................................. 38
3.2.5 Clasificacin segn Barton: .................................................................................. 42
3.3 INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA DE LA MASA ROCOSA ........................... 46
3.3.1 Excavaciones en roca masiva ............................................................................... 47
3.3.3 Excavaciones en roca intensamente fracturada y dbil ........................................ 52
3.3.4 Excavaciones en roca estratificada ....................................................................... 52
-
3.3.5 Excavaciones con presencia de falla y zonas de corte .......................................... 54
Captulo IV. GENERALIDADES SOBRE OBRA HUASCACOCHA ............................... 56
4.1 INTRODUCCIN ...................................................................................................... 56
4.2 VIAS DE ACCESO ..................................................................................................... 58
4.3 DESCRIPCIN DE LA ZONA .................................................................................. 58
4.4 DESCRIPCIN DE LAS ZONAS DE TNELES ..................................................... 65
4.5 DESCRIPCIN GEOMECNICA Y TIPO DE SOSTENIMIENTO ....................... 69
Captulo V. DISEO DE TNEL ........................................................................................ 77
5.1 TAMAO Y FORMA DE LA SECCIN TRANSVERSAL .................................. 77
5.1.1 LNEA DE PAGO Y EXCESO DE EXCAVACIN .......................................... 81
5.2 METODOLOGA DE EXCAVACIN ...................................................................... 81
5.2.1 Determinacin del Mtodo de Trabajo ................................................................. 81
5.2.2.- Ciclo de Trabajo ................................................................................................. 83
5.3 MALLA DE VOLADURA ......................................................................................... 98
5.3.1.- NMERO DE TALADROS POR TIPO DE ROCA ....................................... 101
5.4.-PERFORACIN ...................................................................................................... 102
5.5. VOLADURA ......................................................................................................... 104
5.5.1.- EXPLOSIVOS ................................................................................................. 104
5.5.2.-ACCESORIOS DE VOLADURA .................................................................... 107
5.5.3.-CARACTERSTICAS PRCTICAS DE LOS EXPOSIVOS ......................... 112
5.5.4.-CALCULO DE CARGA DE VOLADURA ..................................................... 115
Captulo VI. INSTALACIONES DE SERVICIOS ............................................................. 116
6.1 Energa Elctrica.................................................................................................. 116
6.3 Agua Industrial .................................................................................................... 117
6.4 Ventilacin .......................................................................................................... 119
Captulo VII. COSTOS DEL PROCESO DE EXCAVACIN .......................................... 126
7.1 RENDIMIENTO DE EQUIPO EN ALTURA .......................................................... 126
7.2 COSTO HORARIO DE EQUIPOS ........................................................................... 127
7.3-COSTO HORARIO DE LA MANO DE OBRA ...................................................... 145
7.4- COSTO DE MATERIALES .................................................................................... 150
7.5- ANLISIS UNITARIOS DEL COSTO DE EXCAVACIN ................................ 151
Captulo VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 160
8.1 CONCLUSIONES ............................................................................................... 160
-
8.1.1 Objetivos Generales ......................................................................................... 160
8.1.2 Objetivos Especficos ...................................................................................... 161
8.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 163
8.3 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 163
ANEXOS ............................................................................................................................. 165
-
Captulo I. INTRODUCCIN
1.1 INTRODUCCIN
Esta Tesis, tiene el objetivo de desarrollar los procedimientos para un ptimo ciclo de
trabajo en tunelera, considerando la calidad y tipo de roca que comprenda el proyecto, as
como la seleccin de los elementos de sostenimiento que sean requeridos, para ello se
considerar los trabajos de ingeniera civil seguidos en el Proyecto de Derivacin
Huascacocha - Rmac, cuya finalidad principal del proyecto consiste en ampliar la oferta de
agua destinada al consumo humano para la Ciudad de Lima, mediante el represamiento de la
laguna Huascacocha, su posterior conduccin hacia el sistema Marca III y su trasvase a la
cuenca del ro Santa Eulalia. El sistema de conduccin estar conformado por canales,
tneles, sifones y obras de arte.
Como ya se ha mencionado la tesis solo abarcara las obras de tunelera.
Su ubicacin poltica est en los distritos de Santa Brbara de Carhuacayn, provincia de
Yauli, departamento de Junn, y en el Distrito de Huayllay en la provincia y Departamento
de Pasco, perteneciente a las Regiones de Junn y Pasco respectivamente. La altitud de la
zona del proyecto vara entre los 4,200 msnm y 4,600 msnm.
El represamiento, se prev realizar aguas abajo de la laguna Huascacocha, para lo cual ser
necesario asegurar un volumen de embalse a partir de la ejecucin de una presa de tierra
transversal al cauce del ro Huascachaca. Para la descarga, se ha proyectado un sistema de
conduccin que transportar el recurso hdrico almacenado en pocas de lluvia y los
entregar al sistema Marca III, para su posterior trasvase a la cuenca del rio Santa Eulalia.
1.2 Marco Situacional.-
Actualmente nuestro pas est manteniendo un crecimiento sostenido en la infraestructura
civil, por lo que ha generado que inversionistas extranjeros vean al Per como un pas
estable para invertir.
-
Esto hace que muchos de los proyectos del Estado Peruano puedan llevarse a cabo,
proyectos de gran envergadura como Marcapomacocha III, El gas de Camisea, Carretera
Interocenica, y el incremento de la capacidad del colector Circunvalacin.
En todos estos proyectos los tneles son importantes, esto se da por la necesidad de superar
un obstculo natural debido a lo variable de la topografa peruana, por su gran importancia
para el pas, los tneles que se ejecutan son vitales para llevar a cabo estos proyectos tanto
en el aspecto econmico como en el aspecto de celeridad.
Los tneles son obras subterrneas de carcter lineal cuyo objetivo es el de comunicar dos
puntos, es esencial que cualquier proyecto de tnel comience con una investigacin sobre las
condiciones del terreno. Los resultados de la investigacin nos permitirn saber cual es la
maquinaria y los mtodos de excavacin y sostenimiento a realizar, y podrn reducir los
riesgos de encontrar condiciones desconocidas. En algunos casos, los estudios
convencionales no nos proporcionar suficiente informacin, por ejemplo cuando existen
grandes bolos de roca, discontinuidades como fallas o estratos de terreno ms blando como
arcillas o limos.
En el caso de los tneles en roca, dada la variabilidad de los distintos factores que
intervienen en la mecnica de rocas, es frecuente abordar su estudio mediante las llamadas
clasificaciones geomecnicas, entre las que destaca la clasificacin geomecnica RMR.
Los tneles no solo se aplican para las construcciones civiles sino tambin en el campo
minero. Con la crisis mundial la cada del mineral era inminente, por lo que un pas como en
nuestro, dedicado mayormente a la minera, sufri las consecuencias de dicha crisis.
En la actualidad el Per se est recuperando poco a poco y muestra de eso son las mina que
estn volviendo a trabajar con la normalidad que lo hacan aos atrs.
Debido a esto la tunelera minera sigue aumentando en minas como Ramichico, Pallancata,
Arcata (arequipa Ayacucho), Huaron (Cerro de Pasco), San Cristbal (Yauli)
Esto nos da a notar distintos campos de aplicacin de las obras subterrneas y de su
importancia en el aumento de la produccin minera y el aumento de la inversin pblica.
-
1.3 Problematizacin.-
En los proyectos de tneles dentro de nuestro pas es indispensable la buena identificacin
de los diferentes tipos de roca que se pueden presentar, para la buena seleccin de un
sostenimiento, as como para desarrollar un buen proceso de excavacin; hay que tener en
cuenta un anlisis previo del rocoso macizo y un anlisis in situ que corrobore lo antes
establecido, para as tener una mayor seguridad al momento de la realizacin de la obra y
tambin tener un gasto dentro de un estndar ptimo.
1.4 Objetivos.-
1.4.1- Objetivos Generales.
El objetivo principal del presente trabajo es desarrollar un ptimo ciclo de excavacin,
teniendo en cuenta cada tipo de roca donde se trabaje, utilizando diferentes tipos de
sostenimiento y el correcto uso de explosivos para mejorar la seguridad y los costos de las
obras de tunelera.
1.4.2- Objetivos Especficos.
Desarrollar los diferentes tipos de sostenimientos para cada clasificacin de roca.
Optimizar rendimiento de los explosivos.
Disear la ventilacin adecuada para tneles.
Tener un rendimiento de los equipos para trabajos en altura.
Establecer costos adecuados para las excavaciones de tneles
-
Captulo II. GENERALIDADES SOBRE TNELES
2.1 ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE LA
CONSTRUCCION DE TNELES
Las primeras excavaciones subterrneas de las que se tienen registros, muestran que se
usaban huesos y piedras, como herramientas para realizar esta labor. Luego se pas a la
excavacin con herramientas rudimentarias hechas de metal.
Con el descubrimiento del fuego, la tcnica de las excavaciones dio un gran avance. Se
usaba el fuego para calentar la roca y luego se alteraba bruscamente la temperatura con agua
fra. Esta expansin y contraccin artificial produca el fracturamiento de la roca y facilitaba
su excavacin. Pero fue slo luego de la invencin de la plvora y la necesidad de
extraccin de minerales preciosos, con las que naca la primera muestra del mtodo
conocido como Perforacin y Voladura.
Por otro lado la historia de las mquinas perforadoras de tneles (TBM por sus siglas en
ingls, Tunnel Boring Machine), empieza su desarrollo a inicios del siglo XIX, con la
necesidad de construir tneles largos, cuando la evolucin de la construccin civil ocasiona
el desarrollo y la aceleracin de transporte terrestre de bienes y personas por ferrocarril. Por
tal motivo fue necesario construir vas nuevas y ms seguras.
Es en esos momentos cuando el tnel se presenta como una solucin alternativa de otras a
cielo abierto, sean a nivel o elevadas. El tnel aporta casi siempre una solucin brillante,
favorecida por los enormes avances que las tcnicas de perforacin han puesto a punto en
los ltimos aos.
Cuando hay que franquear una divisoria, la solucin del tnel se impone, pero aun as hay
muchos tneles y solo uno es mejor que los dems.
-
2.1 Diseo de tnel piloto. Portal del Quindo Colombia
2.2 Grafica en 3D de diseo definitivo de tnel
-
Se tratara de ubicar el tnel en la seccin ms angosta, siempre y cuando el estudio
geolgico lo permita, en caso contrario se ubicar en otra seccin.
Dentro de la indispensable seguridad y calidad que precisa toda obra subterrnea, la
construccin es independiente del uso que vaya a drsele al tnel. Por el contrario, la
explotacin y conservacin depende del usuario.
El tnel puede construirse para un transporte relativamente esttico, como tuberas de agua,
conductores de alta tensin de energa elctrica, lneas de telfono, gasoductos, oleoductos,
etc. Es el caso ms sencillo de explotacin y conservacin.
Un primer grado de dificultad se presenta cuando el usuario utiliza ciertos elementos en
movimiento dentro del tnel, puede ser estructuras adicionales, tales como ciertas
transportadoras, ferrocarriles mineras o de mercanca, transporte por cable, etc.
Mayor dificultad representa un usuario que produzca desgaste del propio revestimiento del
tnel, tales como agua potable, aguas negras, etc. En todos estos casos. Las personas
solamente entran en el tnel para su vigilancia y conservacin.
Finalmente, el tnel puede construirse para el transporte de personas, sea un ferrocarril, sea
un automvil.
En el caso del ferrocarril no se plantea la necesidad de ventilacin adicional, y desde el
punto de vista esttico la oscuridad del tnel y la velocidad e iluminacin del tren no hacen
necesario un cuidado especial del suelo, paredes y techo.
En el segundo caso, la circulacin de automviles u otros medios de transportes terrestres,
contaminan el ambiente con sus tubos de escape de tal manera, que a partir de una cierta
concentracin se necesita ventilacin artificial.
Vemos aqu que los tneles tienen por objeto facilitar los transportes ms diversos y de la
mayor complejidad posible.
-
2.1.1 TUNELES MINEROS
El mineral que se encuentra en las entraas de las montaas juega un papel trascendental en
nuestra historia por la ingente riqueza que ha producido y por el gran potencial de recursos
naturales y humanos que poseemos que representan prosperidad futura y que en el presente
se traduce en una abundante riqueza proveniente de la exportacin de metales.
Los tneles en minera se construyen principalmente para los siguientes fines.
- Explotacin
- Exploracin
- Drenaje
- Ventilacin
Todo anlisis de pre-factibilidad o estudio de justificacin econmica, para la construccin
de un tnel en la industria minera, tiene que estar basado principalmente en los factores que
determinan la mayor o menor productividad de esta industria y que son:
- Volumen y ley del yacimiento o volumen de reservas econmicas del yacimiento
- Monto de capital disponible
- Mtodos de trabajo y calidad de personal
En general, un anlisis de pre-factibilidad para construir un tnel en minera debe realizarse
como sigue:
a- Establecer costo total del tnel y sus alternativas a largo, mediano y corto plazo,
teniendo en cuanta los factores de productividad de la mina.
b- Establecer las ventajas y desventajas que ofrece el tnel y las alternativas analizando
factores muy importantes, tales como:
o Vida de la mina
o Futura exploraciones
o Ubicacin de la planta concentradora
-
o Campamentos
o Etc.
Estas ventajas y desventajas se deben valorizar en trminos de costos de operacin,
mantenimiento y costo de energa, de modo que obtengamos luego de una sumatoria un
costo final para cada caso.
2.3 La mina de manganeso llamada La Pura de Pura de Villafranca
-
Zipaquira, Colombia, Catedral de Sal
2.1.2 TUNELES DE IRRIGACION
La principal justificacin econmica para este tipo de proyectos queda establecida por el
hecho de que, como en el caso del proyecto de irrigacin de las pampas de OLMOS, luego
de tomar en consideracin todas las posibles alternativas, el proyecto de construccin de un
tnel es el mtodo ms econmicamente factible de irrigar una zona determinada. Otro caso,
tenemos el tnel transandino obra MARCAPOMACOCHA, este tnel tiene por objeto
derivar un caudal adicional de agua, desde la cuenca de MARCAPOMACOCHA vertiente
del Atlntico a la del ro santa Eulalia vertiente del pacfico, con el propsito de
abastecer de agua la central de Huinco, a su vez permitir la irrigacin de nuevas reas y
aumentar el aprovisionamiento del agua potable de la gran Lima.
En el Per se tiene muchos proyectos de irrigacin para diferentes zonas del desierto de la
costa, todos ellos con iguales o muy similares caractersticas, y en cada caso se ha
-
considerado como estructura principal un tnel, para el transporte de las aguas de un lado a
otro de la cordillera occidental.
Los siguientes factores son muy importantes y quedan involucrados en cualquier anlisis de
pre-factibilidad, para la construccin de un tnel de irrigacin en una zona:
a- Geografa regional de la zona que incluya ambas: la zona de toma de agua y la zona
para irrigar.
b- Ventaja y desventajas que ofrece dicha zona para la construccin de los sistemas
suplementarios, tales como:
o Distribucin de agua
o Generacin de electricidad (instalacin de hidroelctrica que aprovechan la
cada del agua, a la salida del tnel)
o Tiempo de ejecucin de la construccin de todos los trabajos civiles e
hidrulicas.
o Peso y precios de toda produccin agraria, que se obtendra de la zona
irrigada.
o Influencia socio econmico de la irrigacin.
2.5 Megaproyecto Olmos, atravesar del ro Huancabamba hacia las tierras desrticas
de la costa norte de Per.
-
Proyecto Hidroelctrico San francisco, Ecuador
2.1.3. TUNELES DE CARRETERAS
El planteamiento de toda ruta para trfico debe ser precedido por un anlisis econmico y
ningn diseo real puede ser preparado, sin que la construccin de la ruta sea justificada
econmicamente (anlisis de eficiencia de la inversin). Esto es de especial significado en el
caso de tneles, los cuales son las ms caras estructuras en ingeniera civil y as sus costos
especficos por unidad de longitud en rutas de trfico o transporte, son muchas veces ms
altos que aquellos de lnea abierta.
Consecuentemente el ahorro de distancia, mediante el tnel y el volumen de trfico que lo
recorre, deben ser suficientes para resultar en ahorros, en costos de longitud y de operacin
y compensar los altos costos especficos de construccin.
Debe determinarse primero el anticipado volumen de trfico para cuyo caso se hace un
estudio del rea efectiva aledaa a la proyectada va, su poblacin, consumo y produccin
industrial, presentes y por lo menos de los prximos 10 aos. Lo anterior proporciona una
base para un estimado del nmero de vehculos que usaran la ruta.
-
2.7 Tnel Guoliang, montaa de Taihang, China
2.8 Tnel ferrocarril Turo de Montgat, Espaa
-
2.2 METODOS PARA LA CLASIFICACION DE TUNELES
Los mtodos de excavacin de tneles dependen en primer lugar y en forma general del tipo de
terreno a atravesar. Es as que se puede hablar por separado de excavacin de tneles en roca y
excavacin en terrenos blandos.
La perforacin en terrenos blandos es un tema muy complejo en el que se mezcla la excavacin
y el tratamiento del terreno, existiendo un gran nmero de sistemas de ejecucin: escudos, pre-
corte mecnico, prebveda de jet grouting, congelacin y sostenimiento con concreto
proyectado, similar a los tneles en roca.
Los mtodos de excavacin de tneles en roca son bsicamente dos: Perforacin y Voladura y
Perforacin Mecnica, principalmente TBM, y mquinas de ataque puntual, rozadoras o
martillos de impacto.
El primero de ellos, luego de casi seis dcadas de continuo desarrollo y refinamiento, ha
alcanzado un nivel de madurez confiable. Gracias a ello su lugar dentro del mundo de la
tunelera est garantizado.
Ms joven en edad pero con una mejora acelerada, las mquinas de tunelera mecanizada han
tenido un rpido e intenso desarrollo en el mundo, principalmente en tneles urbanos.
Sin embargo las metodologas no estn en conflicto, simplemente sirven para requerimientos de:
geologa, geografa, topografa y ambientales, distintos.
El mtodo de Perforacin y Voladura, es el ms utilizado en tneles en roca y el nico posible
cuando la roca es muy abrasiva, muy resistente o se encuentra en estado masivo.
Bsicamente consiste en realizar taladros en el frente de excavacin, cargarlos con explosivos y
hacerlos detonar. La energa en forma de vibracin y gases, producida por la explosin,
quebranta de la estructura de la roca.
Antecedentes
El empleo de explosivos marc un hito importante en la excavacin de tneles. La Plvora
Negra se introduce en el ao 1613, proveniente del Oriente y La plvora negra fue usada por
primera vez en minera en un pozo de Eslovaquia, en 1627. En este mismo pueblo se estableci
-
la primera academia de minera del mundo en 1762. A partir de entonces, el empleo de
explosivos se difundi rpidamente en la actividad minera y luego en la construccin de tneles
de transporte.
Inicialmente, en el frente de avance se realizaba una excavacin piloto de aproximadamente
medio metro cuadrado de seccin, para luego ir realizando un ensanche radial.
Luego de la Revolucin Industrial en Inglaterra (1760) se difunde el uso de explosivos de alto
poder rompedor, mquinas perforadoras con pistn mecnico, operadas con aire comprimido.
Con esta tecnologa se construyen los tneles: Monte Cenis (1861-Primero en cruzar los Alpes),
Hoosac (1866). Dcadas despus, entre los aos 1907-1929, la aparicin de palas cargadoras
mecnicas y martillos perforadores, produce avances mensuales del orden de los 100m.
Ejemplos de la aplicacin de esta tecnologa se encuentran en el tnel La Quiebra-Colombia
(1926-1929) y Owyhe en Oregn (1929).
Luego, aos despus, se realizan equipamientos con jumbos, carros de acarreo y brocas
cambiables, incrementado la productividad de la excavacin en un 50% hacia el ao 1930-1949.
Significando este avance, ahorro en los costos de excavacin, como por ejemplo en la mina
Anaconda Copper Co. en el ao1930, donde se logr un ahorro de 140 000 dlares por ao.
Finalmente el mayor salto tecnolgico se produce con la insercin de los carburos de tungsteno
en las brocas. Con esto la velocidad de perforacin de las rocas aumenta al doble de lo que se
lograba con el acero. Por ejemplo, en un granito rosado, una misma perforadora logra 12cm de
avance por minuto con una broca de acero y 25cm con una broca con insertos de carburo de
tungsteno.
-
2.9 Tnel del Monte Cenis, Saboya Francia
2.10 Tnel Hoosac, ubicado al oeste de Massachusetts
-
2.11 Tnel de La Quiebra, abierto en el ferrocarril de Antioquia en 1929, Colombia
2.2.1 CLASIFICACION DE TUNELES
En la mayora de los casos el propsito del tnel es lo que determina la forma y dimensiones
de su seccin transversal pero esta seccin tambin vara de acuerdo ha:
- Mtodo de construccin del tnel
- Cargas internas que actan sobre el tnel
- Tipo
- Resistencia
- Contenido de agua del terreno
- Resistencia del material que cubrir el tnel
Las secciones transversales ms comnmente adoptadas se indican en cada caso:
a) Tneles para trfico
1-Ferrocarril: seccin en forma de herraje
2- Carretera: seccin de arco aplanado
-
3- Peatones: seccin rectangular o circular
b) Tneles para transporte
1- Centrales hidroelctricas: seccin circular o de herraje
2- Suministro de agua potable: seccin circular
2.2.2 CLASIFICACION DE LOS METODOS CONSTRUCTIVOS DE
LOS TUNELES
A manera de premisa, se resumen a continuacin los aspectos ms sobresalientes que
constituyen los principios bsicos de los Criterios de Diseo de Tneles:
Un tnel es una cavidad que debe ser estabilizada a corto y a largo plazo, desde su
apertura hasta toda la vida til establecida para la obra.
El comportamiento geo-esttico de una excavacin subterrnea depende, entre otros
tantos factores, de las caractersticas geomecnicas del medio natural en el que se opera,
de las solicitaciones naturales preexistentes en el medio, del proceso y procedimiento
constructivo adoptado incluyendo la naturaleza misma del eventual soporte instalado y
de las circunstancias especficas de tal instalacin. Lo anterior se puede reflejar
suficientemente en la oportuna definicin de clase de comportamiento de la
excavacin, que pasa, entre otros factores y dependiendo de las circunstancias
especficas de cada seccin, a travs de la caracterizacin geomecnica del medio
(geomecnica del macizo rocoso a excavar), de las condiciones geo-estticas del frente
de excavacin y de la definicin del estado de solicitaciones naturales (profundidad del
tnel y densidad del macizo en primera instancia).
Las formas de la excavacin, del soporte y del revestimiento, deben ser seleccionadas de
tal manera que resulten estticamente eficientes, constructivamente factibles y
econmicamente optimas, para lo cual en principio estarn caracterizadas por una forma
de herradura, o por un nico arco de crculo, la cual podr ser seleccionada,
compatiblemente con eventuales exigencias de glibo, desde plana hasta curva con el
mismo radio que el resto de la seccin, a medida en que la calidad geomecnica de la
excavacin vaya pasando de optima a extremadamente precaria.
-
El soporte primario, o de primera fase, debe garantizar la seguridad de los trabajadores y
la estabilizacin (posiblemente total) de la cavidad a corto plazo y se pone en obra en
condiciones ambientales que pueden llegar a ser incmodas, hostiles y hasta peligrosas,
por lo cual los controles de su calidad son normalmente limitados y pueden llegar a ser
deficientes, recomendndose en consecuencia no asignar a tal soporte una confiabilidad
estructural formal de largo plazo, sino solamente una tarea de colaboracin, limitada a
algunas funciones y aspectos de algunos de sus componentes especficos. El soporte
primario conservativo (como concreto proyectado, costillas metlicas y pernos de
contencin) deber ser integrado con elementos de refuerzo mecnico o mejora del
macizo rocoso (tales como por ejemplo, pernos metlicos, vidrioresinas, inyecciones,
etc.) o de pre-soporte (tales como por ejemplo, arcos troncocnicos de micropilotes, o de
jet grouting, o de concreto en pre-corte) toda las veces que tal integracin resulte
necesaria o beneficiosa a los fines de la seguridad y de un adecuado control de la
estabilizacin de la cavidad a corto plazo y que al mismo tiempo redunde en el
establecimiento de condiciones estticas de mayor eficiencia para las funciones del
revestimiento definitivo.
La deformacin del ncleo de avance de la excavacin representa un elemento
fundamental de control de la estabilidad de la excavacin misma y por lo tanto, el
controlar y limitar la deformacin del ncleo (extrusin) incrementando adecuadamente
su rigidez, juega un rol determinante sobre la estabilidad misma del tnel. Lo anterior
deriva de la comprobada existencia de un ligamen estrecho entre el fenmeno de
extrusin del ncleo al frente y los fenmenos de pre-convergencia y convergencia de la
cavidad con dependencia cronolgica entre los fenmenos de deformacin de la cavidad
y los que afectan previamente al ncleo del frente de excavacin, as como de un
ligamen igualmente estrecho entre la inestabilidad o el colapso del frente o ncleo de
avance y la consecuente inestabilidad o colapso de la cavidad, an si previamente
estabilizada.
En el diseo y la excavacin de un tnel debe privar el principio observacional, basado
sobre el sistemtico monitoreo, especialmente de la convergencia de la cavidad, durante
todas las fases de ejecucin de la obra y como herramienta fundamental de complemento
imprescindible de los anlisis y clculos efectuados en las etapas del diseo previas al
inicio de las obras. Sobre la base de los resultados de tal monitoreo se establecer y
-
cuantificar en definitiva la real total necesidad de soporte primario a instalar para
estabilizar temporalmente la cavidad.
El revestimiento definitivo, debe garantizar el adecuado factor de seguridad o la
confiabilidad establecida para la obra, absorbiendo las cargas que se estime le sean
aplicadas a largo plazo, segn los criterios definidos al respecto. En tales cargas, en
principio, no se incluiran las acciones ssmicas, a menos que se trate de secciones
especficas correspondientes a circunstancias consideradas en estos criterios
especialmente sensibles a las acciones ssmicas, tales como por ejemplo ocurre en
secciones de tnel muy superficiales o en secciones de tnel excavadas en sectores
geolgicos especialmente desfavorables (brechas de falla, etc.). En las secciones de
revestimiento en que no resulte requerida una cuanta relevante de acero de refuerzo para
absorber solicitaciones estticas, se deber colocar acero dimensionndolo para controlar
el agrietamiento por retraccin o alternativamente, se podr eliminar tal acero y
eventualmente sustituirlo con una adecuada cuanta de fibras, dependiendo todo de las
limitaciones que se impongan a la aceptabilidad de desarrollo de las referidas grietas.
Cuando el revestimiento no resulte directamente de exigencias estructurales sus
funciones sern, entre otras, facilitar la ventilacin natural, garantizar la regularidad
geomtrica de la seccin, evitar la degradacin de la roca expuesta; mejorar la
impermeabilizacin; en estos casos su espesor ser el mnimo compatible con exigencias
tecnolgicas (ej. 30cm).
Metodologa
Los elementos de un tnel son la bveda, los hastiales y la solera. Todos estos elementos
pueden ser construidos en una nica etapa, con todo el espesor de hormign y armaduras
definitivas, o en dos etapas. En este ltimo caso la primera etapa se ejecuta cerca del frente y
tiene como funcin principal el sostenimiento del suelo en el corto plazo. La segunda etapa,
de terminacin, se ejecuta dentro de un tnel limpio y seco, y por lo tanto tiene mejor
calidad. Con frecuencia se exige que el anlisis estructural del tnel se efecte tomando en
cuenta nicamente el revestimiento de segunda etapa.
Los mtodos constructivos difieren en el orden en que se construyen los diferentes
elementos del tnel y en cuantas etapas de divide cada uno, los mtodos ms usados son:
-
Mtodo Alemn
Mtodo Belga
Mtodo
Mtodo Alemn:
Se caracteriza por la conservacin de la destroza hasta la terminacin de los muros y de la
bveda, la destroza sirve como apoyo para todos los apuntalamientos y cimbras, y evita el
empleo de andamios de gran luz. Para que este mtodo resulte interesante es necesario que
la seccin del tnel sea bastante grande, superior a 50 m2.
2.12 Mtodo Alemn, galeras sucesivas
Mtodo Belga:
Se excava rpidamente la bveda, con un tnel de galera de avance de pequea seccin en
el eje del tnel y en la parte superior. La anchura de esta galera varia de 2.5 a 3 m, por
-
altura de 2 a 4 m. despus se ensancha a ambos lados para dejar al descubierto la bveda
para luego atacar la parte interior del tnel.
1.13 Fase constructiva de tunel, mtodo Belga
Frente completo:
Aplicable para tneles de pequea seccin menos de 15 m2 en ciertos casos se puede utilizar
el ataque a plena seccin utilizando la excavacin en toda la anchura del tnel pero con
varios escalones de ataque.
-
1.14 Mtodo seccin completa, Excavacin en bveda.
2.3 METODOS DE EXCAVACION
Existen tres mtodos de excavacin de tneles:
- Perforacin y voladura: Es el sistema usual y de mayor flexibilidad
- Excavacin o seccin completa con BTM (topos): Es el sistema ms rpido cuando
la roca es competente. Es un mtodo muy seguro que no utiliza explosivos, no hay
prcticamente sobre-excavacin. Requiere de una alta inversin en el equipo y es
poco flexible para aceptar variaciones en secciones curvas y pendientes.
- Minador Continuo: Al igual que el topo, no requiere del uso de explosivos, pero a
diferencia de este requiere de rocas muy suaves. Se emplea en minera de carbn,
calizas suaves, etc.
-
2.3.1 PERFORACION Y VOLADURA
Es el sistema ms usual y de mayor flexibilidad. Se pueden variar a voluntad secciones y
perfiles.
Cuando se detona un explosivo colocado en un barreno, los gases de alta presin que
produce la explosin hacen impacto en las paredes del barreno y generan una onda de
presin intensa que viaja hacia fuera de la roca. Estas fuerzas al llegar a la cara libre del
frente de voladura se reflejan al cambiar de medio en el
aire y regresan a la roca como fuerzas de tensin que afectan a la roca creando fisuras y
grietas de tensin a partir de sus planos de debilidad. Luego los gases calientes en expansin
producen la rotura y desplazamiento de los fragmentos resultantes al introducirse por las
grietas.
Damos algunos mtodos de excavacin:
- ATAQUE A SECCION PLENA
El rea de la seccin transversal al tnel se obtiene totalmente al hacer un solo
disparo, este mtodo se empleaba para tneles pequeos, pero desde el
perfeccionamiento de los JUMBOS y las CARGADORAS MECANICAS de alto
rendimiento, ha sido adoptado para la excavacin de tneles de todas las medidas en
roca buena. El JUMBO puede perforarse todo el tnel, habindose limpiando antes
todo el escombro, la construccin econmica y veloz de grandes tneles por el
mtodo de secciones plenas se ha hecho posible por el desarrollo del JUMBO o
perforadoras montadas sobre carros.
- ATAQUE A SECCION PARCIAL
Este mtodo se emplea cuando el tiempo de autosostenimiento de la roca es largo y
el terreno es malo hay varios mtodos de ataque a seccin parcial y son:
Mtodo de avance y banco simultaneo: consiste en llevar una galera de avance por
delante del blanco, este sirve como plataforma de trabajo, en un mismo disparo se
vuelan los taladros del avance y del banco pero de forma que esto salte antes que
-
aquellos, una variante de este mtodo es el de avance y banco continuo, en el que la
galera de avance se perfora hasta terminarla entonces se procede a cavar el banco.
- METODO DE GALERIAS LATERALES
Este mtodo se utiliza en rocas en mal estado se llevan dos galeras por delante de la
excavacin final y tangente a las paredes, luego se hace los levantamientos hacia el
arco, toda esta operacin deja un ncleo central que puede extraerse despus de que
el tnel ha sido totalmente sostenido. El ncleo central proporciona una plataforma
de trabajo para colocar el sostenimiento del techo.
-
Captulo III. CLASIFICACIN DEL MACIZO
ROCOSO
3.1 INTRODUCCION
La geomecnica es quizs una de las ramas tecnolgicas ms antiguas, los griegos y
egipcios en sus construcciones emplearon los macizos rocosos para obras. En las pirmides
construidas en Egipto se emplearon bloques de caliza dura. Todas estas fastuosas obras,
contaron con excelentes mineros que desarrollaron una amplia gama de construcciones
subterrneas y fortificaciones que hoy se observan y conservan en nuestros das.
En los Tneles y Taludes rocosos, los mecanismos de inestabilidad son controlados por el
grado de alteracin y por las anisotropas existentes en el macizo, tales como la
estratificacin, juntas, fallas, cuya relacin con los mecanismos de inestabilizacin es regida
por los siguientes factores:
Distribucin espacial de las discontinuidades, relacin entre su posicin (rumbo y
buzamiento) con la direccin del tnel. Siendo este el ms importante a considerarse en
el trazo de entrada y salida del tnel.
Presencia y naturaleza de los materiales de relleno de las discontinuidades.
Irregularidades en las superficies de las discontinuidades.
Rotura y movimientos anteriores.
Las rocas situadas a una cierta profundidad estn sujetas a esfuerzos, resultado del peso de
los estratos subyacentes, tensiones tectnicas residuales, etc. Cuando se realiza una
excavacin subterrnea en estas rocas, el campo de esfuerzos es alterado localmente y se
produce una redistribucin de las tensiones originales que existen en el medio.
Las tensiones que actuaban en la roca extrada para realizar el tnel, se redistribuyen y
deben ser soportadas por la roca que se encuentra en las proximidades de la excavacin.
Los procedimientos para realizar el diseo de obras subterrneas se reducen a tres:
-
Mtodo Emprico: se basa en las clasificaciones geomecanicas. Este procedimiento est
ampliamente aceptado por su facilidad de compresin y aplicacin, al relacionar los
problemas de diseo y construccin de tneles con las calidades de los macizos rocosos en
los que se sitan. Sin embargo, no se puede garantizar su precisin considerando que son
vlidas en las fases de viabilidad y anteproyecto.
Mtodo Observacional: de carcter cualitativo, requiere de otras herramientas para realizar
medidas y observaciones en la excavacin. Se miden las convergencias, los desplazamientos
en el interior del macizo rocoso prximo a la excavacin y las tensiones y cargas sobre los
sostenimientos.
Mtodo Numrico: Con el uso de modelos numricos se pueden hacer estimaciones del
estado tensional en los macizos rocosos atravesados por la excavacin as como de las
deformaciones producidas. La dificultad se tiene al estimar los parmetros geotcnicos de
los modelos.
Los tres mtodos exigen una caracterizacin geolgica y geomecnica de los macizos
rocosos. Dentro de los aspectos ms importantes cabra destacar:
1. Identificacin del material (Litologa, caractersticas resistentes).
2. Estructuras del macizo rocoso (superficie de discontinuidad, estructura y dominio estructural).
3. Caractersticas geomecnicas de las discontinuidades (orientacin, espaciado, dimensiones, rugosidad, resistencia, apertura, relleno, circulacin de agua).
3.2. CLASIFICACION GEOMECANICAS
Una parte importante de la caracterizacin de los macizos rocosos, lo constituyen sin dudas,
las clasificaciones geomecnicas, que surgieron de la necesidad de parametrizar
observaciones y datos empricos, de forma integrada, para evaluar las medidas de
sostenimiento en tneles. Las mismas son un mtodo de ingeniera geolgica que permite
evaluar el comportamiento geomecnico de los macizos rocosos, y a partir de estas estimar
los parmetros geotcnicos de diseo y el tipo de sostenimiento de un tnel. Adems de las
obras subterrneas, se destacan las aplicaciones en taludes y cimentaciones. Las
-
clasificaciones llevan ms de 50 aos en uso, pero es a partir de la dcada de los 70 cuando
se extienden internacionalmente.
3.2.1 Clasificacin de Terzaghi:
En 1946 Terzaghi propuso una clasificacin para estimar las cargas que podan soportar los
arcos metlicos colocados en un tnel. Describi distintos tipos de terreno y basndose en su
experiencia en el sostenimiento con arcos metlicos de los tneles Alpes, a partir de la
anchura y la altura del tnel, clasific los terrenos en nueve tipos atendiendo esencialmente
a las condiciones de fracturacin en las rocas y a la cohesin o expansividad en los suelos.
Esta teora tiene la limitacin de no ser aplicable a tneles de anchura superior a 9 metros
considerando que el techo de la excavacin se encuentra situado por debajo del nivel
fretico. Singh y otros (1995) modifican la teora de terzaghi para tneles y cavernas ya que
al medir la
presin de sostenimiento en estas estructuras observan que no aumenta proporcionalmente
con el tamao de la excavacin, tal como afirmaba Terzaghi, por lo cual recomiendan unos
rangos de presin de sostenimiento para ambos casos.
Tabla 3.1 Estimacin de la carga del terreno (todas las distancias en pies)
-
3.2.2 Clasificacin de Lauffer:
A partir de las ideas de Stini (1950) sobre la importancia de los defectos de un macizo
rocoso en su comportamiento mecnico, Lauffer en 1958 llego a la conclusin de que el
tiempo de mantenimiento para un tramo sin sostenimiento depende de la calidad de la roca
en la que se excava. En un tnel, el tramo sin sostenimiento se define como la distancia
entre el frente y la zona sostenida ms cercana. La importancia de este concepto es que un
aumento de la anchura del tnel significa una reduccin en el tiempo de colocacin del
sostenimiento. La clasificacin original de Lauffer ha sido modificada por numerosos
autores entre ellos Pacher en 1974 y actualmente forma parte del mtodo de excavacin de
tneles conocido como Nuevo Mtodo Austriaco.
-
3.1 Longitud libre o vano crtico: Diaetro o longitud de galera que se puede mantener
estable sin revestimiento
Tabla 3.2 Lauffer clasific los terrenos en siete categoras:
-
Tabla 3.3 Tiempo de estabilidad o mantenimiento (Stand Up Time): Tiempo que puede
mantenerse, sin desmoronarse, dicha longitud libre.
3.2.3 ndice de Calidad de la roca (RQD):
El ndice RQD (Rock Quality Designation) fue definido en 1967 por Deere y otros para
estimar cuantitativamente la roca de calidad existente en un sondeo. Se define como el
porcentaje de piezas de roca intacta mayores de 100 mm que hay en la longitud total de una
maniobra en un sondeo. Hay que considerar que el RQD es un parmetro que depende de la
direccin del sondeo pudiendo variar mucho segn su orientacin. Para determinar el RQD
existen dos tipos de mtodos: directos e indirectos. Dentro de los primeros estara la
recomendacin de la Sociedad Internacional de Mecnica de Rocas (ISRM) de usar un
tamao de corona de diamante de al menos 54.7 mm con sondeo de doble tubo. Entre los
indirectos estn los mtodos ssmicos y el sugerido por Palmstrom (1982). El RQD es un
parmetro fundamental tanto en la clasificacin de Bieniaswski y como en la de Barton.
Se basa en la recuperacin modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperacin del
testigo de un sondeo)
-
Depende indirectamente del nmero de fracturas y del grado de la alteracin del macizo
rocoso.
Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud.
El dimetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado
con un doble tubo de extraccin de testigo.
Tabla 3.4 Recomendacin de sostenimiento para tneles, basado en el valor RQD, de acuerdo
con diversos autores
-
Tabla 3.5 Entibacin recomendada para tneles en roca de entre 6 y 12 m de luz, basada en
el ndice RQD (Deere, 1963).
-
Ejemplo3.1 Clasificacin de roca segn RQD
Frmula Alternativa (Cuando no hay sondeos):
Palmstrom (1982) sugiri que, el RQD puede ser estimado a partir del nmero de
discontinuidades por unidad de volumen, visibles en afloramientos rocosos o socavones. La
relacin sugerida para masas rocosas libres de arcillas es:
Jv: Nmero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m
3.2.4 Clasificacin geomecnica de Bieniawski (RMR):
La clasificacin geomecnica RMR, tambin conocida como clasificacin geomecnica de
Bieniawski, fue presentada por Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976,
1979, 1984 y 1989. Permite hacer una clasificacin de las rocas 'in situ' y estimar el tiempo
-
de mantenimiento y longitud de un vano. Se utiliza usualmente en la construccin de
tneles, de taludes y de cimentaciones. Consta de un ndice de calidad RMR (Rock Mass
Ratting), independiente de la estructura, y de un factor de correccin.
Clasificacin de bieniawski (R.M.R.)
Se valora una serie de parmetros:
(1) Resistencia del material intacto Valor mximo = 15
(Ensayo carga puntual o compresin simple)
(2) R.Q.D. Valor mximo = 20
(3) Distancia entre las discontinuidades Valor mximo = 20
(4) Condicin de las discontinuidades Valor mximo = 30
(5) Agua subterrnea Valor mximo = 15
-
Tabla 3.12 Bieniawski (1989) pblico un conjunto de pautas para la seleccin del
sostenimiento de tneles en roca, en base al RMR, estas pautas son reproducidas en la
siguiente tabla.
-
3.2.5 Clasificacin segn Barton:
Basndose en una gran cantidad de casos tipo de estabilidad en excavaciones subterrneas, el
Norgerian Geotechnical Institute (N.G.I.), propuso un ndice para determinar la calidad del
macizo rocoso en tneles y taludes.
El valor numrico de ste ndice Q se define por:
Esta clasificacin utiliza seis parmetros para definir la clase de macizo:
1. RQD, ndice de calidad de la roca.
2. Jn, ndice del nmero de familias de fracturas
3. Jr, ndice de rugosidades en las fracturas
4. Ja, ndice de alteracin de las paredes de las fracturas
5. Jw, ndice del caudal afluente
6. SRF, ndice del estado de tensin del macizo
Para explicar cmo llegaron a la ecuacin para determinar el ndice Q, los autores ofrecen
los siguientes comentarios: El primer cociente (RQD/Jn), que representa la estructura del
macizo es una medida rudimentaria del tamao de los bloques o de las partculas con dos
valores extremos (100/0.5 y 10/20) con un factor de diferencia de 400. Si se interpreta el
cociente en unidades de centmetros, los tamaos de partculas de 200 a 0.5 cm. se puede
apreciar como aproximaciones gruesas pero bastante realistas. Probablemente los bloques
ms grandes tendran varias veces este tamao y los fragmentos chicos menos de la mitad.
El segundo cociente (Jr / Ja), representa la rugosidad y las caractersticas de la friccin de
las paredes de las fisuras o de los materiales de relleno. Este cociente se inclina a favor de
juntas rugosas e inalteradas que se encuentran en contacto directo se puede pensar que estas
superficies estn cerca de la resistencia optima, que tendern a dilatarse fuertemente cuando
estn sometidas a esfuerzos cortantes y por lo tanto sern muy favorables a la estabilidad de
un tnel. Cuando las fisuras tienen recubrimientos y rellenos arcillosos delgados se reduce
notablemente su resistencia, sin embargo, el contacto de las paredes despus de un ligero
desplazamiento por el esfuerzo cortante puede ser muy importante y salvar la excavacin de
-
un colapso. Donde no haya contacto de paredes, la situacin para la estabilidad de un tnel
se representa de manera muy desfavorable.
El tercer cociente (Jw / SRF), consiste en dos parmetros de fuerzas, SRF es un valor de: 1)
la carga que se disipa en el caso de una excavacin dentro de una zona de fallas. Y de roca
empacada en arcillas; 2) los esfuerzos en una roca competente, y 3) las cargas compresivas
en rocas plsticas incompetentes. Se puede considerar como un parmetro total de esfuerzos.
En cuanto al parmetro Jw se trata de una medicin de la presin del agua que tiene un
efecto negativo en la resistencia al esfuerzo cortante de las fisuras debido a la reduccin en
el esfuerzo efectivo normal. El agua puede causar adems, un ablandamiento de las arcillas e
incluso posiblemente su lavado.
Clasificacin de Q (oscila entre 0.001 y 1000)
ESTIMACIN DE LOS PARMETROS
NMERO DE FAMILAS DE JUNTAS (Jn).
El nmero de familias de juntas (Jn), en el macizo observado se evidencias que van desde
roca fracturada hasta roca con un mximo de tres familias de juntas con otras ocasionales,
que hacen una valoracin de este parmetro como se muestra en el cuadro que sigue:
-
RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS (Jr).
En la descripcin de las superficies de las juntas, tanto de diaclasas como de los estratos,
estas se presentan como superficies uniformes, planas y rugosas. Las juntas de las
discontinuidades, se valoran a continuacin:
-
METEORIZACIN DE LAS JUNTAS (Ja)
Las juntas, en general, no tienen evidencia de gran alteracin y por esa razn, para todos los
sectores del trazo del tnel, calificamos los contactos en las zonas de diaclasamiento, como:
Ligeramente alteradas con rellenos arenosos no blando
AGUA EN LAS JUNTAS (Jw)
En el macizo se observa presencia de agua y por las sus caractersticas hidrogeolgicas, es
probable que se produzcan humedecimientos y en casos extremos se darn flujos de
regulares caudales a presin por la infiltracin del agua de las precipitaciones pluviales. Por
ello la valoracin de este parmetro es de 0.15.
-
FACTOR DEL ESTADO TENSIONAL (SRF)
Puesto que el macizo est compuesto roca competente en estratos casi verticales,
regularmente diaclasados poco fracturados y con una cobertura variable, corresponde
describir los sectores como sigue:
3.3 INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA DE LA MASA
ROCOSA
La influencia de los rasgos estructurales geolgicos sobre las condiciones de estabilidad de
la masa rocosa de las excavaciones, es de particular inters en trminos de las operaciones
mineras da a da.
La influencia de la estructura de la masa rocosa puede ser simplificada considerando los
siguientes tipos generales de excavaciones:
-
- En roca masiva o levemente fracturada
- En roca fracturada
- En roca intensamente fracturada y dbil
- En roca estratificada
- En roca con presencia de fallas y zonas de corte
3.3.1 Excavaciones en roca masiva
Las rocas masivas se caracterizan por presentar pocas discontinuidades, con baja
persistencia y ampliamente espaciadas, generalmente son rocas de buena calidad que estn
asociadas a cuerpos mineralizados polimetlicos en roca volcnicas, particularmente cuando
estas han sufrido procesos de silicificacin hidrotemal. Ignorando por ahora la influencia de
los esfuerzos, estos tipos de roca ofrecen aberturas rocosas estables sin necesidad de
sostenimiento artificial, solo requieren de un buen desatado o sostenimiento localizado.
Ejemplo de roca masiva con pocas fracturas, que presenta condiciones favorables para la
estabilidad de las excavaciones asociadas al minado.
-
3.3.2 Excavaciones en roca fracturada
La roca fracturada se caracteriza por presentar familias de discontinuidades conformadas
principalmente por diaclasas, por lo que se les denomina tambin roca diaclasada, que
presentan en la mayora de los depsitos mineralizados del pas (vetas y cuerpos). Las
diaclasas y otros tipos de discontinuidades constituyen planos de debilidad. Luego, el factor
clave que determina la estabilidad del a excavacin es la interseccin de las
discontinuidades, que conforman piezas o bloques de roca intacta de diferentes formas y
tamaos, definidas por las superficies de las diaclasas y la superficie de la excavacin.
Desde que las piezas o bloques rocosos se encuentran en la periferie de la excavacin, estos
pueden ser liberados desde el techo y las paredes de la excavacin y pueden caer o
deslizarse debido a las cargas gravitacionales.
Para que una excavacin sea estable, los bloques de roca deben ser capaces de interactuar o
de hacer presin uno contra el otro, cuando esto ocurre, la excavacin tiende a auto
sostenerse. Alguna irregularidad en el contorno de la excavacin es la clave indicadora para
un problema potencial de inestabilidad, donde las piezas de roca no van a tener capacidad de
interactuar y por lo tanto de permanecer en su lugar. Cuando se descubre una irregularidad
basndose en el sonido de la roca, esto indica que se est aflojando cerca de la superficie y
que se puede reconocer y evaluar un peligro potencial.
Las discontinuidades o planos de debilidad pueden interceptarse formado varias
combinaciones. Segn esto, las fallas comnmente vistas en el minado subterrneo son: las
cuas biplanares, las cuas tetrahedrales, los bloques tabulares o lajas y los bloques
irregulares. Desde luego, no solo las diaclasas pueden intervenir para generar estos modos
de falla de la roca, sino que la combinacin puede ser con cualquier otro tipo de
discontinuidades como fallas, zonas de corte, estratos, etc.
Cuas biplanares
El modo ms simple de falla est formado por la interseccin de dos diaclasas o sistemas de
diaclasas, en general dos discontinuidades o sistemas de discontinuidades, cuyo rumbo es
paralelo o subparalelo al eje de la excavacin. En este caso, en el techo o en las paredes se
forma una cua biplanar o prisma rocoso, que podra desprenderse desde el techo o
deslizarse desde las paredes inesperadamente.
-
3.3 Cuas biplanares liberadas por las intersecciones de diaclasas en roca fracturadas, las
cuales pueden caer o deslizarse debido a las cargas gravitacionales.
Cuas tetrahedrales
Es otro modo de falla que considera la interseccin de tres diaclasas o sistemas de diaclasas,
en general tres discontinuidades o sistemas de discontinuidades, para formar una cua
tetrahedral que podra caer o deslizarse por peso propio, ya sea desde el techo o desde las
paredes de la excavacin.
-
3.4 Cuas tetrahedrales liberadas por las intersecciones de diaclasas en roca fracturadas, las
cuales pueden caer o deslizarse debido a las cargas gravitacionales.
Cuando las cuas estn formadas por tres familias de discontinuidades, estas persistirn ya sea
en el techo o en las paredes de la excavacin, mientras se mantengan las caractersticas
estructurales de la masa rocosa y la orientacin de la excavacin. Esto har que se requiera de
sostenimiento sistemtico para estabilizar las cuas.
Bloques tabulares o lajas
Estos se forman cuando la roca presenta un sistema principal de discontinuidades que sea
aproximadamente paralelo al techo o a las paredes de la excavacin y adems existan otros
sistemas que liberen el bloque. Esta forma de inestabilidad de la masa rocosa, es observada en
rocas volcnicas e intrusivas de yacimientos de oro filoneano y tambin en yacimientos
polimetlicos tipo vetas, en donde el principal sistema de discontinuidades forma las
denominadas falsas cajas, paralelas a las cajas y que pueden separarse o despegarse y caer
hacia el vacio minado.
-
3.5 Bloques tabulares o lajas liberadas en la caja de techo, en donde se presentan las falsas
cajas.
Bloques irregulares
En este caso, la roca de los contornos de la excavacin est formada como un edificio de
bloques que se auto sostienen. Los bloques liberados por las intersecciones de las diaclasas
presentan formas complejas, como en la figura la falla puede ocurrir por cada o
deslizamiento de los bloques debido al efecto de la gravedad.
3.6 Bloques irregulares liberados por las intersecciones de las diaclasas en roca fracturadas,
los cuales pueden caer o deslizarse debido a las cargas gravitacionales.
-
3.3.3 Excavaciones en roca intensamente fracturada y dbil
La roca intensamente fracturada presenta muchos sistemas de diaclasas y otras fracturadas,
las cuales crean pequeas piezas o fragmentos rocosos, constituyendo por lo general masas
rocosas de mala calidad, que son comunes en los depsitos mineralizados del pas. La falla
del terreno en este caso ocurre por el deslizamiento y cada de estas pequeas piezas y
fragmentos rocosos o por el desmoronamiento de los mismos desde las superficies de la
excavacin. Falla del terreno progresivamente puede ir agrandando la excavacin y
eventualmente llevarla al colapso si no se adoptan medidas oportunas de sostenimiento
artificial.
3.7 Roca intensamente fracturada. La superficie de la excavacin falla como resultado del
desmoronamiento de pequeos bloques y cuas.
3.3.4 Excavaciones en roca estratificada
Muchos depsitos mineralizados del pas estn emplazados en roca sedimentaria, en la cual
el rasgo estructural ms importante son los estratos. Las principales caractersticas de los
planos de estratificacin son su geometra planar y su alta persistencia, las cuales hacen que
estos planos constituyan debilidades de la masa rocosa, es decir planos con baja resistencia.
Cuando los estratos tienen bajo buzamiento (
-
pueden generarse en estos casos, tienen relacin con la separacin o despegue de los bloques
tabulares del techo inmediato y su cargado y deflexin hacia el vaco minado por efecto de
la gravedad.
3.8 Separacin o despegue de los estratos subhorizontales, flexin y cada hacia el vacio
minado.
Cuando los estratos tienen el buzamiento de moderado a empinado, estos se constituyen en
la caja piso y techo de la labor o tajeo. Principalmente en la caja techo, los estratos se
constituyen en falsas cajas, formando bloques tabulares que pueden separarse o
despegarse de la caja techo inmediata por el efecto de la gravedad y caer hacia el vaco
minado.
3.9 Separacin o despegue de los estratos empinados o subverticales, pandeo y cada hacia
el vaco minado.
-
Por lo general las rocas sedimentarias no solamente presentan planos de estratificacin, sino
tambin otros tipos de discontinuidades pueden interceptarse formando varias
combinaciones, generando similares formas de falla que las indicadas para las excavaciones
en roca fracturada.
3.3.5 Excavaciones con presencia de falla y zonas de corte
Principalmente las fallas geolgicas y las zonas de corte, son rasgos estructurales
prominentes de la masa rocosa, que tienen una gran influencia sobre las condiciones de
estabilidad de las labores mineras subterrneas.
Las fallas geolgicas y las zonas de corte representan estructuras donde ya hubo
movimientos antes del minado, estos movimientos podran volver a ocurrir por la operacin
del minado.
Generalmente hablando, las fallas y las zonas de corte estn relacionadas a terrenos dbiles
que pueden estar muy fracturados y la falla misma puede contener arcilla dbil o panizo. Las
zonas de influencia de las fallas y de las zonas de corte pueden ser de varios metros de
ancho, pudiendo influenciar significativamente en la estabilidad de la mina, particularmente
en el caso de las operaciones en tajeos.
3.10 Falla como estructura aislada.
-
3.11 Falla como estructuras mltiples.
-
Captulo IV. GENERALIDADES SOBRE OBRA
HUASCACOCHA
4.1 INTRODUCCIN
El actual proyecto es parte integral de un megaproyecto Marcapomacocha cuya finalidad es
la de ampliar la oferta de agua destinada al consumo humano para Lima.
Se han realizado muchos estudios con respecto a la obra de derivacin Huascacocha-Rmac,
estos estudios han probado que en la poca de lluvias se transportar el recurso hdrico y lo
entregara al sistema marca III para su posterior trasvase a la cuenca del rio Santa Eulalia.
Estudios topogrficos para que la lnea sea de conduccin y est conformada por canales,
tneles, sifones y obras de arte.
Los estudios geolgicos que han ayudado para establecer el terreno donde se va a trabajar y
un anlisis del diseo de la presa que se construir.
Este proyecto es uno de los mucho que pro-inversin est licitando, para as aumentar el
recurso hdrico en Lima.
Actualmente en el Pas existen numerosos Proyectos donde interviene la construccin de
diferentes tneles.
Con respecto a los sostenimientos de tneles muchos de los estudios realizados se dan por el
mbito minero debido a que su mercado es mucho ms comercial y sus obras han ido
incrementndose en los ltimos 40 aos.
-
4.2 VIAS DE ACCESO
El acceso a la zona del proyecto se realiza a travs de dos rutas principales: por la Carretera
Central y por la Carretera a Santa Rosa de Quives Canta Huayllay Cerro de Pasco, y
por caminos secundarios que parten de estos tramos. El Cuadro N1 detalla las rutas y las
distancias aproximadas a los lugares del Proyecto:
4.3 DESCRIPCIN DE LA ZONA
Los estudios bsicos de ingeniera fueron realizados por una empresa especializada, la cual
mediante un estudio de la zona de trabajo proporcion una descripcin geolgica del
proyecto.
Geomorfologa
El escenario involucrado por el proyecto de Derivacin Huascacocha Rmac, se encuentra
en la cordillera occidental de los andes. Se ubica a una altitud superior a los 4000 msnm,
-
caracterizado por presentar relieves diversos, que van desde colinas redondeadas, hasta
cumbres pronunciadas donde destacan cadenas de cerros de moderada a fuerte pendiente.
En muchos sectores de esta unidad geomorfolgica, se observa los efectos de una intensa
actividad glaciar, tales como valles en forma de U, valles colgados, lagunas de origen
glaciar y depsitos glaciares pleistocnicos como morrenas y abanicos fluvio-glaciares.
Entre los valles en U, destacan ntidamente Quiulacocha, Casacancha y Tambo, los valles
colgados de chaquicocha y Antahuancan, cuyo fondo se encuentran tapizados por depsitos
morrnicos, fluvio-glaciares y bofedales, con laderas labrados en rocas sedimentarias y
volcnica - sedimentarias que constituyen el basamento rocoso.
Esta unidad geomorfolgica alberga numerosas lagunas en las partes altas; entre las que
resaltan las lagunas Huascacocha, Tuctococha y Quiulacocha. Cabe mencionar, que el
modelado del paisaje actual que ostenta el rea del proyecto, est ntimamente relacionado a
los procesos glaciolgicos acontecidos durante el Pleistoceno, poca geolgica durante la
cual los glaciares avanzaron por las pendientes y depresiones de las cordilleras y el resultado
de su dinmica erosiva di origen a numerosos valles y quebradas con seccin tpica en U,
de fondos planos por donde discurren ros mendricos como el Tambo, Posta, Aguascocha -
Racracancha y Quiulacocha - Casacancha.
Hidrografa
La red hidrogrfica que drena la superficie del proyecto, forma parte de la cuenca alta del ro
Mantaro. Este escenario se encuentra drenado por los ros: Huascachaca, Tambo, Posta,
Aguascocha Racracancha, Quiulacocha - Casacancha, San Pedro y Carhuacayn, todos
stos tributan sus aguas al ro Mantaro.
Ro Huascachaca
Este ro constituye el desage natural de la laguna Huascacocha, discurre en direccin
general NO-SE, recibe por su margen izquierda los aportes hdricos de las quebradas
Yunsa, Agmoculpan y Chagacancha, para luego descargar sus aguas al ro San Pedro,
por la margen izquierda de ste. Cabe indicar que las aguas de la laguna Huascacocha
sern represadas, reguladas y conducidas mediante canales, sifones y tneles, al sistema
Marca III.
-
Ro Tambo
El ro tambo tiene su nacimiento en la laguna Gallohuaganan (4675msnm), a partir del
desage natural de esta laguna, discurre con el nombre de quebrada Andacaucha, con
direccin NO-SE, luego adopta los nombres de ro Cosurcocha y Poln, discurriendo en
direccin general hacia el Este, para luego tomar el nombre de ro Tambo hasta su unin
con el ro Posta y despus de recibir aguas abajo, los aportes hdricos del ro
Huascachaca, adopta el nombre de ro San Pedro hasta su unin con el Casacancha, a
partir del cual este ro toma el nombre de Carhuacayn, que finalmente vierte sus aguas
al Mantaro por la margen derecha de ste.
Ro Posta
El ro Posta nace en la naciente de la quebrada Tucohuayra, discurriendo en direccin
general SO-NE, con el nombre de ro de Capillayoc y luego toma el nombre de ro Posta
hasta su confluencia con el ro Tambo.
Ro Casacancha
El ro Casacancha se forma de la unin de los ros Huancamachay-Racracancha con el
Quiulacocha, discurre en direccin general NE-SO hasta su confluencia con el ro San
Pedro, a partir del cual se forma el ro Carhuacayn.
En general, los ros mencionados de esta parte de la cuenca alta del Mantaro conforman
una red de drenaje de tipo dendrtico subparalelo.
Cabe resaltar que a lo largo de las mrgenes, de los ros Huascacocha, Tambo, Posta y
Carhuacayn se encuentran expuestos abundantes depsitos fluvio/aluviales constituidos
en general por arenas, gravas y cantos, conformando canteras de agregados para
concreto y filtro.
Estratigrafa
Las unidades litoestratogrficas que afloran en el rea del proyecto estn representados por
las formaciones Casapalca (Kp -ca), Yantac (PE-y) y el volcnico Calipuy (PN-vca), cuyas
edades van desde el Cretceo superior al Terciario (Palegeno-Negeno). Estas unidades se
encuentran parcialmente cubiertas, en gran extensin por depsitos morrnicos (Q-mo),
-
bofedades (Q-bo), fluvio - aluviales y fluvio-glaciares (Q-fg) y en menor extensin por
depsitos coluviales (Q-co).
En el siguiente plano tenemos la geologa regional del rea de proyecto
-
a) Cretceo - Terciario
a.1) Formacin Casapalca (Kp-ca)
Esta unidad aflora parcialmente en los alrededores y mrgenes de la laguna
Huascacocha (aguas arriba de la boquilla), en el ltimo tramo del trazo del
canal de conduccin (ladera izquierda de la quebrada Racracancha), en el
cruce de la quebrada Racracancha y en un tramo corto de la ladera derecha de
la quebrada Quiulacocha. Litolgicamente consiste de una alternancia de
bancos y capas de conglomerados, areniscas, limolitas y lutitas de color
predominante marrn rojizo y subordinadas capas de calizas. Estas rocas en
superficie se encuentran meteorizadas, fracturadas y plegadas, constituyendo
estructuras sinclinales y anticlinales con ejes de orientacin andina NO SE.
a.2) Formacin Yantac (PE-y)
Esta unidad litoestratigrfica consiste de una secuencia volcnico-
sedimentaria. Litolgicamente est constituida por rocas clsticas y
piroclsticas: conglomerados, areniscas, calizas arenosas, limolitas y lulitas
abigarradas. Hacia el tope muestra intercalaciones de tufos, brechas tufceas,
algunos niveles de aglomerados con derrames lvicos andesticos. Sus
mejores exposiciones se presentan en la ladera izquierda de la quebrada
Quiulacocha Casacancha y tambin aflora en el tramo final del canal de
conduccin N 3 y sector del tnel Cashapampa, estructuras pertenecientes al
sistema Marca III.
a.3) Grupo Calipuy (PN vca)
Esta unidad volcnico-sedimentario, aflora en el cerro Tambo, en las partes
altas de la ladera derecha de la quebrada del ro Posta, aflora en las laderas
altas de la quebrada Casacancha y en la cola de la laguna Huascacocha.
Litolgicamente consiste de una secuencia gruesa de bancos de derrames
andesticos alternados con bancos dacticos y riodacticos, piroclastos,
conglomerados y brechas andesticas. Hay horizontes volcnico-
sedimentarios dentro del grupo Calipuy y estn constituidos generalmente por
-
areniscas silicificadas conglomerdicas como ocurre en el sector del cerro
Tambo.
El grupo Calipuy, en general, es resistente a la erosin y constituye escarpas
pronunciadas; sin embargo en lugares que experimentan fuerte meteorizacin,
presenta colinas suaves. Superficialmente estas rocas se encuentran
fracturadas.
El grupo Calipuy estar interesando el sector de la salida del sifn 1 y sifn 2,
el tramo tnel N 1, un tramo del canal previsto en la ladera derecha del valle
del ro Posta y un tramo largo del canal de conduccin a desarrollarse por la
ladera izquierda de la quebrada Casacancha.
Cabe resaltar que en la secuencia sedimentaria del grupo Calipuy conformado
en general por areniscas silicificadas, estar emplazado el tnel N 1
b) Cuaternario
b.1) Depsitos Morrnicos (Q-mo)
Estos suelos no consolidados son el resultado de la erosin, transporte y
depositacin producidos por los glaciares. Se encuentran conformando
lomadas, diques a arcos morrnicos y cubriendo parcialmente las laderas de
los cerros. Las morrenas, tienen gran desarrollo en el rea del proyecto, ya
que gran parte del sistema de conduccin (canal, tubera, sifn) estarn
emplazados en estos depsitos, as como tambin la presa. Cabe resaltar que
los depsitos morrnicos, por sus caractersticas litolgicas intrnsecas, su
gran abundancia y cercana a la obra pueden ser utilizados como materiales
de construccin para la presa Huascacocha.
Litolgicamente las morrenas consisten en general de una mezcla
heterognea de gravas, cantos y bloques angulosos a subredondeados,
aglutinados en una matriz limosa arcillosa, arenolimosa y areno arcillosa, con
lentes de arcilla limosa y arcilla.
-
Estos depsitos morrnicos presentan, en general condiciones geolgicas
ACEPTABLES para la cimentacin de las estructuras (presa, canal, sifn,
etc) y como material conformante del cuerpo de la presa Huascacocha.
b.2) Depsitos de Bofedales (Q bo)
Se encuentran expuestos principalmente en las cubetas, depresiones, en las
mrgenes de los arroyos y lagunas y en el fondo de las quebradas.
Los suelos hmedos, por accin de las aguas subterrneas y de las lluvias,
han generado extensas reas con vegetacin, que posteriormente entra en
descomposicin y se carbonizan parcialmente, formando turbas de color gris
oscuro.
Las reas que estn saturadas permanentemente por aguas subterrneas
generan bofedales densos, otras reciben aguas temporales que generan
bofedales incipientes que se secan en el estiaje.
Litolgicamente consisten de suelos orgnicos, compresibles, saturados,
finos, con abundante materia vegetal en proceso de descomposicin. Estos
depsitos tienen gran desarrollo en el rea del proyecto, principalmente en la
ruta del canal de conduccin, emplazamiento de los sifones 1 y 2. Desde el
punto de vista ingeniero geolgico estos materiales se consideran poco
apropiados para el emplazamiento de las estructuras a proyectarse,
requirindose un tratamiento geotcnico especial.
Cabe indicar que los bofedales que se exponen en la ruta del sistema de
conduccin hidrulica son mayormente de tipo incipiente.
b.3) DEPSITOS FLUVIO GLACIARES (Q-FG)
Se denomina as al material arrancado por erosin de las morrenas pre-
existentes, acarreado por el agua y depositados en las depresiones, fondos de
los valles y cono deyectivos, en consecuencia consisten de cantos y gravas
subredondeadas, arenas y limos. Estos depsitos se encuentran distribudos en
el fondo de la quebrada Quiulacocha Casacancha y en los conos deyectivos
de las quebradas laterales que desembocan en la laguna Huascacocha.
-
b.4) DEPSITOS FLUVIO ALUVIALES (Q FL/AL)
Estos depsitos se encuentran conformando llanuras y terrazas marginales a
lo largo del fondo de los valles y quebradas, estn distribudos principalmente
en las mrgenes de los ros Huascachaca, Tambo, Posta, Carhuacayn. Los
materiales de estos depsitos constituyen potenciales canteras de agregados
para concreto y filtro (grava y arena). Litolgicamente consisten de una
mezcla heterognea de gravas, cantos, arena y limo.
b.5) DEPSITOS COLUVIALES (Q-CO)
Estos depsitos se encuentran distribuidos en las laderas de los cerros,
cubriendo parcialmente los afloramientos rocosos; habindose originado y
depositado por procesos de intemperismo y la accin de la gravedad,
respectivamente.
Litolgicamente estn conformados por gravas, cantos y bloques angulosos a
subangulosos con escasa matriz. Todo el conjunto se presenta, en general, en
estado suelto, con baja cohesin.
Los depsitos coluviales en el rea del proyecto se encuentran parcialmente
expuestos en las laderas del cerro Tambo, en la ladera derecha del valle del
ro Posta y en ambas laderas del valle del ro Casacancha. Un volumen
importante de estos materiales (Escombros de Talud) se presentan
distribuidos en las faldas del cerro que circundan el lado norte de la laguna
Tuctococha. Estos materiales consisten principalmente de acumulaciones de
fragmentos cuarciticos angulosos en estado suelto del tamao de grava hasta
bloques.
4.4 DESCRIPCIN DE LAS ZONAS DE TNELES
4a) Zona del Tnel N 1
El tnel de conduccin N 1, tiene una direccin general NE-SO, atravesar el
Cerro Tambo en forma transversal al alineamiento de la lnea de cumbre. Su
portal de entrada estar emplazado en el flanco derecho del valle del ro
Tambo (Ladera sur del Cerro Tambo) a una altitud de 4469.11 msnm;
-
mientras que el Portal de Salida estar ubicado en la ladera norte del Cerro
Tambo, a una altitud de 4468.4 msnm.
El tnel proyectado N 1, tendr una longitud de aproximadamente de 600 m
y una seccin en forma de herradura con piso plano (ancho=2.20, altura =2.80
m).
El perfil morfolgico y topogrfico a lo largo del eje del tnel N 1 es rugoso
con escarpas subverticales y pendientes fuertes y tambin laderas de
pendiente moderada. El relieve del terreno a lo largo del alineamiento del
tnel le confiere coberturas (Encampane) desde pocos metros (7 a 10 m) en la
zona de Entrada y Salida del tnel hasta coberturas del orden de 20 hasta 143
m en el resto del tramo. Segn su cobertura este tnel est clasificado como
superficial (cobertura < 100 m) a intermedio (cobertura entre 100 y 500 m).
En base a los resultados del mapeo geolgico de superficie, se considera que
el tnel N 1 atravesar rocas pertenecientes al grupo Calipuy, conformado
principalmente por tobas y areniscas tobceas silicificadas, tobas brechoides
silicificadas, dispuestos en capas medianas a gruesas y en bancos, con
orientacin general N 60 0 y buzamientos de 40 a 45 al SO,
superficialmente estas rocas se encuentran fracturadas y meteorizadas,
afectadas por fracturas transversales y oblicuas al plano de estratificacin y
fracturas de alivio de tensin paralelas al valle del Tambo.
Geoestructuralmente el rumbo general de los estratos con respecto al eje del
tnel es aproximadamente perpendicular, con buzamientos promedios de 40
a 45 y 50, esta situacin le confiere condiciones favorables en la estabilidad
del tnel. Por otra parte la orientacin de los estratos tambin influye en la
direccin de la excavacin del tnel. Excavaciones ejecutadas contra el
buzamiento son desfavorables (Buzamiento de 20 a 45) y aceptables
(Buzamiento de 45 a 90); este caso resulta si la excavacin se realiza desde
el frente del Portal de Salida del Tnel. En el otro caso la situacin es
favorable si se excava siguiendo la direccin del buzamiento de las capas; es
decir si la excavacin del tnel se ejecuta desde el frente del Portal de
Entrada.
-
Litolgicamente la zona prevista para el emplazamiento del portal de entrada
del tnel interesar tobas brechoides silicificadas y areniscas tobceas
silicificadas, dispuestos en capas gruesas y bancos, afectados principalmente
por fracturas de alivio de tensin paralelas al valle y fracturas oblcuas al eje
del tnel.
La zona de la salida del tnel se emplaza sobre depsitos morrnicos con
espesores del orden de 10 a 15 m (segn los resultados de las investigaciones
de refraccin ssmica), debajo de estas morrenas infrayace el basamento
rocoso.
Efecto de la orientacin de los estratos sobre la estabilidad de obras
subterrneas
En la estabilidad de las obras subterrneas juega un factor importante la
orientacin de los estratos, en tal sentido en el siguiente cuadro se puede
apreciar la orientacin en funcin de la orientacin del alineamiento del tnel
Filtraciones de agua que se espera encontrar en el tnel
Por las caractersticas geolgicas observadas en el campo, el Tnel captar cierto volumen
de aguas subterrneas por efecto de la infiltracin de aguas pluviales y deshielo de las
precipitaciones de nieve y granizo, que discurren por permeabilidad secundaria a travs del
sistema de fracturamiento de las rocas.
-
Cabe resaltar que morfolgicamente el tnel atravesar el Cerro Tambo en direccin
transversal al alineamiento de su lnea de cumbres.
Se espera que durante la excavacin del tnel, se presenten en su interior filtraciones de
agua en forma de goteos y juntas hmedas que no representarn mayor problema durante su
construccin.
4.b) Tnel N 2
El sector previsto para el emplazamiento del portal de entrada del tnel, se
ubica en la margen derecha de una quebrada afluente de la quebrada
Jagatingo y corresponde aproximadamente con la progresiva km 13+050 del
sistema de conduccin, en tanto, el portal de salida del tnel estara
emplazado en la margen izquierda de la quebrada Huchucchago, y
corresponde aproximadamente con la progresiva km 14+340 del sistema de
conduccin hidrulica.
Para el afrontamiento de los portales de entrada y salida del tnel, ser
necesario despalmar la cobertura superficial o zona de roca meteorizada, a fin
de llegar a la roca competente. En el rea prevista para el Portal de Entrada
afloran tobas silicificadas duras y resistentes, dispuestas en capas medianas a
gruesas con orientacin N-S/30 a 35 al Oeste. El portal de salida est
conformado por afloramientos de areniscas tobceas en capas delgadas a
medianas con orientacin N 260/20 al Noroeste, cubiertos en la parte
superior por morrenas.
El alineamiento del eje del tnel tiene una direccin Azimutal N 192 y una
longitud del orden de 1.3 km.
Geolgicamente se estima que la ruta del tnel al nivel de la rasante
atravesar rocas volcnicas piroclsticas del grupo Calipuy (PN-Vca)
constituidas por tobas riolticas silicificadas, areniscas tobceas y tobas
brechoides, dispuestas en capas delgadas, medianas a gruesas, con
orientacin general N-S y buzamientos de 30 a 35 hacia el Oeste.
-
Cabe resaltar que las apreciaciones geolgicas de la ruta del tnel est basado
nicamente en las observaciones geolgicas de campo realizadas en las reas
previstas para el emplazamiento de la entrada y salida del tnel.
El pronstico geolgico del tnel a esperarse durante la etapa constructiva,
ser mejorado con los resultados del mapeo geolgico de superficie a lo largo
del eje del tnel, investigaciones de refraccin ssmica y perforaciones
diamantinas, investigaciones a realizarse posteriormente.
4.5 DESCRIPCIN GEOMECNICA Y TIPO DE
SOSTENIMIENTO
En base a los resultados del mapeo geolgico de superficie de la franja involucrada por el
alineamiento del tnel de conduccin, complementado con la informacin obtenida de 8
estaciones geomecnicas (EG-1 a EG-8) ubicados en los afloramientos rocosos, establecidos
por la empresa que realiz los estudios, a lo largo del eje del tnel y los resultados de las
investigaciones de refraccin ssmica, se ha elaborado un Modelo Geolgico - Geotcnico
que se espera encontrar durante la excavacin del tnel de conduccin. En la elaboracin de
este modelo se ha aplicado las clasificaciones geomecnicas de macizos rocosos RMR e
ndice Q (ndice de calidad tunelera). En base a estas clasificaciones se ha estimado los tipos
de calidad del macizo rocoso que atravesar el tnel. Los tipos de sostenimiento que se
establecieron fueron bajo los resultados ya antes mencionados.
Tnel N 01
El Tnel N 01 tiene su portal de entrada en la cota 4469.6, ubicada en el Km 7+625, los
resultados de evaluacin geomecnica indican una roca de calidad media Tipo III, con
RMR= 61 e ndice Q=5.4 hasta el Km 7+630, soportando una cobertura de roca en un
espesor de 0.98m y una presin sobre el techo del tnel correspondiente a 2.24 Tn/m2. El
tipo de sostenimiento necesario corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico
cada 1.50mx1.50m ( 22 mm, en una longitud L = 2.40m) , con malla electro soldada
galvanizada de 2x2 N 10.
Desde el Km 7+630 al Km 7+635, se encuentra conformado por roca de buena calidad Tipo II,
con RMR= 70 e ndice Q=12.5, soportando una cobertura de roca en un espesor de 0.75m y una
presin sobre el techo del tnel correspondiente a 1.73 Tn/m2. El tipo de sostenimiento
-
necesario corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico cada 1.50mx1.50m ( 22
mm, en una longitud L = 2.40m).
Desde el Km 7+635 al Km 7+640, se encuentra conformado por roca de calidad media Tipo III,
con RMR= 56 e ndice Q=4.8, soportando una cobertura de roca en un espesor de 1.10m y una
presin sobre el techo del tnel correspondiente a 2.53 Tn/m2. El tipo de sostenimiento
necesario corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico cada 1.50mx1.50m ( 22
mm, en una longitud L = 2.40m) , con malla electro soldada galvanizada de 2x2 N 10.
Desde el Km 7+640 al Km 7+780, se encuentra conformado por roca de calidad media Tipo III,
con RMR= 58 e ndice Q=5.1, soportando una cobertura de roca en un espesor de 1.10m y una
presin sobre el techo del tnel correspondiente a 2.42 Tn/m2. El tipo de sostenimiento
necesario corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico cada 1.50mx1.50m ( 22
mm, en una longitud L = 2.40m) , con malla electro soldada galvanizada de 2x2 N 10.
Desde el Km 7+780 al Km 7+840, se encuentra conformado por roca de calidad media Tipo III,
con RMR= 55 e ndice Q=4.1, soportando una cobertura de roca en un espesor de 1.15m y una
presin sobre el techo del tnel correspondiente a 2.59 Tn/m2. El tipo de sostenimiento
necesario corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico cada 1.50mx1.50m ( 22
mm, en una longitud L = 2.40m) , con malla electro soldada galvanizada de 2x2 N 10.
Desde el Km 7+840 al Km 7+854, se encuentra conformado por roca de buena calidad Tipo II,
con RMR= 69 e ndice Q=11.2, soportando una cobertura de roca en un espesor de 0.8m y una
presin sobre el techo del tnel correspondiente a 1.78Tn/m2. El tipo de sostenimiento necesario
corresponde a colocacin de pernos de anclaje sistemtico cada